EP3912223A1 - Wellenleiteranordnung, wellenleiterübergang und verwendung einer wellenleiteranordnung - Google Patents

Wellenleiteranordnung, wellenleiterübergang und verwendung einer wellenleiteranordnung

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Publication number
EP3912223A1
EP3912223A1 EP20701020.8A EP20701020A EP3912223A1 EP 3912223 A1 EP3912223 A1 EP 3912223A1 EP 20701020 A EP20701020 A EP 20701020A EP 3912223 A1 EP3912223 A1 EP 3912223A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
waveguide
electrically conductive
dielectric
arrangement
conductive plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20701020.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon KARAU
Andre Meyer
Martin Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG filed Critical Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Publication of EP3912223A1 publication Critical patent/EP3912223A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/087—Transitions to a dielectric waveguide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/006—Manufacturing dielectric waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/16—Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor

Definitions

  • the invention relates to a waveguide arrangement comprising an electrical circuit arrangement, egg nen dielectric waveguide and an intermediate waveguide transition for transmitting an electromagnetic wave between the circuit arrangement and the dielectric Wellenlei ter.
  • the invention also relates to a waveguide transition for transmitting an electromagnetic wave between a circuit arrangement and a dielectric waveguide.
  • the invention also relates to the use of a waveguide arrangement.
  • wired data transmission can essentially be divided into two different technologies.
  • Data transmission using metallic conductors and optical data transmission using glass fibers are known.
  • Optical data transmission is extremely low-loss and possible at high data rates.
  • optical data transmission always requires the conversion of electrical signals into optical signals and vice versa, which makes complex transmission and reception structures necessary in this type of signal transmission.
  • the present invention relates to data transmission via so-called dielectric waveguides ("Dielectric Waveguides",
  • the electrical signal of a carrier frequency is modulated, in particular in the millimeter wave range (for example 80 GHz) and transmitted as an electromagnetic wave along the dielectric waveguide.
  • the method does not require an electro-optical conversion.
  • the concept has the advantage of being able to transmit very high data rates, for example in the range of 50 GB / s, at least over medium distances, for example in the range of 10 m.
  • Dielectric waveguides appear particularly interesting because the semiconductor technologies required for the high gigahertz Area are now increasingly available and enable cost-effective and high integration, for example in RF CMOS technology.
  • Electromagnetic waves that propagate along a dielectric waveguide can occur in different field configurations depending on the nature of the waveguide. These under different field configurations are called "modes". If only the basic mode is carried out in a dielectric waveguide, one speaks of a “single-mode” waveguide analogously to the glass fiber. If, on the other hand, there is the possibility that the dielectric waveguide can carry several modes at the same time, the term "multi-mode" waveguide is used. How many modes a dielectric waveguide can guide depends essentially on the operating frequency and the geometry of the waveguide, in particular the size of its cross-sectional area (e.g. diameter of a round waveguide) and its permittivity (also called dielectric conductivity) from.
  • Dispersion is the property of a waveguide, according to which signals or signal components of different frequencies spread at different speeds in the waveguide. In addition to damping, dispersion is a crucial parameter that can limit the maximum achievable data rate.
  • the dispersion can essentially be divided into two sub-types: the waveguide dispersion and the mode dispersion.
  • the waveguide dispersion describes the dispersion of the basic mode, in which the data is usually transmitted, and occurs in both single and multi-mode waveguides.
  • the mode dispersion relates to the different propagation speeds of the individual modes. If higher modes at the transition to the dielectric waveguide or along the conductor are stimulated by discontinuities, data transmission can reduce the usable power and distort the signal, which can limit the maximum achievable data rate.
  • the basic mode can in principle be guided by the dielectric waveguide for any frequencies. However, the field distribution and the speed of propagation within the dielectric waveguide are frequency dependent. While the basic mode has no lower cut-off frequency, all "higher modes" are only managed above an individual cut-off frequency. If a dielectric waveguide is used below the cut-off frequency of all higher modes, it is referred to as a single-mode waveguide; accordingly, a waveguide is referred to as a multi-mode waveguide if at least one further mode can be carried out in the frequency range used. Multi-mode waveguides can have a lower waveguide dispersion than single-mode waveguides, but can lose this advantage again due to possible mode dispersion. This is particularly problematic in particular if undesired modes are excited to a high degree either by the transition from the transmitter or receiver to the dielectric waveguide or by discontinuities along the waveguide.
  • waveguide transitions to the dielectric waveguide are required, which transmit the electromagnetic wave from, for example, a planar circuit on a printed circuit board or from a highly integrated circuit (e.g. an MMIC, "Monolithic Microwave Integrated Circuit” ) transferred to the dielectric waveguide.
  • a planar circuit on a printed circuit board or from a highly integrated circuit (e.g. an MMIC, "Monolithic Microwave Integrated Circuit” ) transferred to the dielectric waveguide.
  • the dielectric waveguide parallel to the circuit arrangement.
  • the dielectric waveguide can then be excited by traveling waves, the electromagnetic wave being continuously guided into the dielectric waveguide, comparable to a conical horn transition.
  • Such waveguide transitions can be operated comparatively broadband. Due to the two-dimensional structure, however, for example, dual-polar transitions for using both polarizations of the basic mode of the dielectric waveguide are difficult to implement.
  • a metallic plate as part of the circuit arrangement as a resonant structure, which is fed, for example, by means of a microstrip line of a printed circuit board and can excite the electromagnetic wave in the dielectric waveguide.
  • the object of the present invention is to provide an improved waveguide arrangement, in particular to provide a waveguide arrangement with a high bandwidth.
  • the present invention is also based on the object of providing an improved waveguide transition in which, in particular, a high bandwidth can be ensured during the transition of the electromagnetic wave.
  • the invention has for its object to provide an advantageous use of a waveguide arrangement.
  • the object is achieved for the waveguide arrangement by the features of claim 1, for the waveguide transition by the features of claim 1 8 and for use by the features of claim 1 9.
  • a waveguide arrangement comprising an electrical circuit arrangement, a dielectric waveguide with a longitudinal axis and an intermediate waveguide transition for transmitting an electromagnetic wave between the circuit arrangement and the dielectric waveguide.
  • An electromagnetic wave within the scope of the invention means an electromagnetic wave that is not within the light spectrum used for optical signal transmission.
  • the invention is particularly suitable for transmitting an electromagnetic wave in the millimeter range (30 GHz to 300 GHz) and submillimeter range (300 GHz to 3 THz).
  • the direction of transmission of the electromagnetic wave is not important in the context of the invention.
  • the electromagnetic wave can thus be fed from the electrical circuit arrangement via the waveguide transition into the dielectric waveguide - or vice versa.
  • a bidirectional transmission is also possible within the scope of the invention. Insofar as reference is made below to a transmission of the electromagnetic wave from the electrical circuit arrangement into which the electric waveguide is referred, this is only to be attributed to the simplified description of the invention and is not to be understood as restrictive.
  • the dielectric waveguide preferably has a round cross section.
  • the dielectric waveguide does not necessarily have to have a circular geometry.
  • the dielectric waveguide can, for example, also be square or have a square cross section.
  • the dielectric waveguide can be formed as a single-mode waveguide or as a multi-mode waveguide.
  • the dielectric waveguide is preferably designed as a multi-mode waveguide.
  • the dielectric waveguide is preferably formed from a core material and a cladding material encasing the core material.
  • the core material can preferably be a plastic or ceramic. Ceramics can be used advantageously, for example, for transitions between microchips. From an electrical point of view, the jacket material is ideally air. However, it can also be provided from any gas, any liquid or any solid casing material.
  • the waveguide transition has at least a first electrically conductive plate and a second electrically conductive plate, which are arranged in the direction of the longitudinal axis of the dielectric waveguide (hereinafter also referred to as "axial direction") to one another between the circuit arrangement and the dielectric waveguide.
  • the electrically conductive plates can be arranged in different axial planes between the circuit arrangement and the dielectric waveguide.
  • the axial planes in which the respective electrically conductive platelets are arranged can be distributed along the longitudinal axis of the dielectric waveguide or along the elongated longitudinal axis of the dielectric waveguide in the axial direction.
  • the longitudinal axis can be the central axis of the dielectric waveguide.
  • the electrically conductive platelets are preferably designed as metallic platelets (also referred to as “patches”).
  • the electrically conductive plates can form resonant structures.
  • the electrically conductive plates do not necessarily have to have a continuous surface, but can also be structured in themselves.
  • at least one of the electrically conductive plates can be slotted or perforated.
  • electrically conductive plates can also be provided within the scope of the invention.
  • a third electrically conductive plate can optionally be provided in a further axial plane between the first electrically conductive plate and the second electrically conductive plate.
  • a fourth electrically conductive plate, a fifth electrically conductive plate, a sixth electrically conductive plate or even more electrically conductive plates can be provided in different axial planes between the circuit arrangement and the dielectric wave guide.
  • the invention is described below with only two electrically conductive plates, however, this should not be understood as restrictive.
  • the first electrically conductive plate, the second electrically conductive plate and / or any further electrically conductive plates that may be present can be round, elliptical and / or rectangular, in particular also square. Due to the use of at least two electrically conductive plates according to the invention, which can be arranged in the manner of a stack in different axial planes, the frequency bandwidth of the waveguide transition according to the invention and thus the frequency bandwidth of the waveguide arrangement according to the invention can be considerably increased compared to the prior art.
  • a single resonant element used in the prior art to excite the electromagnetic wave in the dielectric waveguide, in particular a single patch, can only provide a comparatively small frequency bandwidth.
  • the frequency bandwidth can be increased by attaching the second electrically conductive plate “above” the first electrically conductive plate.
  • this indication relates to an axial plane which is arranged closer to the dielectric waveguide than a further axial plane "below”.
  • the directions are intended to facilitate understanding of the invention, but do not imply a specific orientation of the waveguide arrangement with respect to a center of gravity (e.g. the center of the earth).
  • the electrically conductive plates are capable of being electromagnetically coupled, in particular in order to feed the electromagnetic wave into the dielectric waveguide.
  • the distance between the at least two electrically conductive plates and their geometry can determine the frequency bandwidth and the actual frequency position and can be determined, for example, using simulations, calculations and / or test series.
  • the circuit arrangement is designed as an electrical circuit board, integrated circuit, system-in-package, multi-chip module and / or package-on-package.
  • any circuit arrangement can be provided, in particular a planar circuit arrangement, for example an electrical circuit board or a highly integrated circuit, in particular an MMIC ("Monolitic Microwave Integrated Circuit").
  • MMIC Monitoring Microwave Integrated Circuit
  • a preferred use of the invention can relate to chip-to-chip data transmission, the circuit arrangement as an integrated circuit, e.g. B. can be designed as an application-specific integrated circuit device (ASIC) or MMIC.
  • the waveguide transition can then be arranged, for example, partially or completely in a chip housing (“package”), the dielectric waveguide running between the chip housings for high-bit-rate data transmission and possibly being passed through the chip housing.
  • the longitudinal axis of the dielectric waveguide is oriented orthogonally to a surface of the circuit arrangement facing the waveguide.
  • the invention can thus serve, in particular, to implement waveguide transitions to dielectric waveguides arranged perpendicular to planar circuits, high frequency band widths being achievable.
  • the dielectric waveguide is aligned perpendicular to the circuit arrangement.
  • deviations from a vertical arrangement can also occur.
  • the longitudinal axis of the dielectric waveguide is ideal or by up to 15 degrees, but preferably only by up to 10 degrees, particularly preferably only by up to 5 degrees, and very particularly preferably only by up to 1 degree thogonal orientation is tilted.
  • the surface of the circuit arrangement to which the longitudinal axis of the dielectric waveguide is oriented orthogonally or at least approximately orthogonally, can in particular be the uppermost layer or the uppermost layer of the planar circuit, that is to say, for example, a printed circuit board or an integrated circuit .
  • At least the first electrically conductive plate is preferably arranged plane-parallel to the surface of the circuit arrangement facing the waveguide.
  • the longitudinal axis of the dielectric waveguide is oriented orthogonally to a surface of the first electrically conductive plate and / or the second electrically conductive plate (and / or possibly further electrically conductive plates) facing the waveguide.
  • a tilt of the longitudinal axis for example a tolerance-related tilt by up to 15 degrees, but preferably only by up to 10 degrees, particularly preferably only by up to 5 degrees, and very particularly preferably only by up to 1 degree, to an ideal orthogonal alignment, can be provided.
  • the first electrically conductive plate and the circuit arrangement are formed and arranged with respect to one another such that the first electrically conductive plate is excited electromagnetically directly by the circuit arrangement in order to transmit the electromagnetic wave.
  • the first electrically conductive plate in particular a metallic plate, can preferably be designed as part or electrical component of the circuit arrangement, in particular as a conductive metallized region of the circuit arrangement.
  • the circuit arrangement for exciting the first electrically conductive plate has at least one electrical line, preferably has at least one microstrip line, in order to transmit the electromagnetic wave.
  • the electrical line for feeding the first plate is sometimes referred to below as the feed line.
  • the first plate and the electrical line are located on or in a common layer of the circuit arrangement, for example on the top level or top layer of an electrical circuit board.
  • the electrical line for exciting the first plate is preferably electrically conductively connected to the first plate. However, this is not absolutely necessary. In principle, the feed line or the electrical line for excitation of the first plate can also be located in a deeper layer of the circuit arrangement, for example a printed circuit board or an MMIC.
  • the first electrically conductive plate can also be fed via an electromagnetic field coupling.
  • a conductor or a conductive surface in the sense of a reference potential can be provided for the conductor-guided guidance of the electromagnetic wave, for example an electrically conductive base surface of the circuit arrangement, which is at a lower level or in a lower level or a lower layer of the circuit arrangement is arranged.
  • the reference conductor can in particular be separated from the feed line in the axial direction by a substrate layer.
  • the reference conductor can carry an electrical reference signal or reference potential, in particular a ground potential (GND) and thus form a ground reference.
  • GND ground potential
  • a resonator can be formed by the edge thereof, which is fed, for example, by the at least one electrical line, for example the microstrip line of an electrical circuit board.
  • the electrically conductive plates finally excite an electromagnetic wave in the dielectric waveguide, which is then guided through the dielectric waveguide.
  • the first resonance mode (in the rectangular patch TM-001) of the electrically conductive plate and a symmetrical positioning of the dielectric waveguide and the second electrically conductive plate can be particularly suitable.
  • the circuit arrangement for excitation of the first electrically conductive plate has a coplanar waveguide in order to transmit the electromagnetic wave.
  • the first electrically conductive plate can be supplied by means of a coplanar waveguide of the GCPW type ("Grounded Coplanar Waveguide").
  • the first plate can be fed, for example, by a coplanar waveguide, the inner conductor or feed line of which, preferably with the first plate, lies in the same plane or layer of the circuit arrangement.
  • the feed line or the electrical line and the first plate can be surrounded by an electrically conductive reference layer at the level of the circuit arrangement on which they are located and can be electrically insulated from the same by corresponding slots.
  • the reference layer can transmit an electrical reference potential, in particular a ground potential.
  • the circuit arrangement preferably has at least one further electrically conductive reference layer in at least one lower level.
  • the electrically conductive reference layer (s) of the lower levels can optionally be connected to the upper reference layer by means of plated-through holes ("VIAs").
  • the circuit arrangement is designed to excite the first electrically conductive plate in such a way that a dual-polar transmission, in particular with orthogonal polarization, is formed.
  • the first electrically conductive plate can be fed by two independent feed lines or waveguides of the circuit arrangement, for example two independent electrical lines of the circuit arrangement, in particular two microstrip lines, in order to provide a dual-polar waveguide transition.
  • two mutually orthogonal polarizations of the basic mode can be excited independently of one another by means of the inventive waveguide transition in the dielectric waveguide, as a result of which different signals are transmitted and then converted back into two independent waveguides or electrical lines of a further circuit arrangement by a further dual polar waveguide transition.
  • a first electrical line of the electrical circuit arrangement can be positioned orthogonally to a second electrical line of the circuit arrangement, preferably (but not necessarily) in the same plane or layer in order to excite the different resonance modes in the first electrically conductive plate which are then also polarized orthogonally to one another.
  • the second electrically conductive plate is fastened on an end face of the dielectric waveguide facing the circuit arrangement and / or is embedded in the dielectric waveguide.
  • the second electrically conductive plate can be applied on or in the dielectric waveguide, for example by additive metallization. It can also be provided, for example, to use a 3D printing method in order to form the dielectric waveguide and / or the second electrically conductive plate (and possibly also further plates) in a common manufacturing process.
  • the second plate can, for example, be glued and / or mechanically attached to the end face of the dielectric waveguide.
  • the second electrically conductive plate (or possibly also further electrically conductive plate) is embedded in the dielectric waveguide and is preferably fixed in a materially, non-positively and / or positively in the dielectric waveguide.
  • first electrically conductive plate and the second electrically conductive plate are separated from one another in the direction of the longitudinal axis of the dielectric waveguide by a substrate layer of the circuit arrangement.
  • the first electrically conductive plate and the second electrically conductive plate can be formed as part of the circuit arrangement and, if appropriate, can be embedded in the circuit arrangement. This can also apply to any other electrically conductive platelets that may be present.
  • each of the electrically conductive platelets has any geometry (rectangular, round, etc.).
  • the second electrically conductive plate has a round cross section.
  • the first electrically conductive plate and / or any further electrically conductive plate that may be present has or have a round cross section.
  • the dielectric waveguide has, for example, a round cross section
  • the electrically conductive plates are axially spaced apart from one another by at least one dielectric.
  • the dielectric can be, for example, a solid body which electrically insulates the electrically conductive platelets from one another and to which the platelets are optionally attached.
  • the dielectric can, however, also be air or some other gas.
  • the second electrically conductive plate can be of the first electrically conductive platelets (or further electrically conductive platelets), for example, can also be separated from one another by further substrate layers of the circuit arrangement.
  • the electrically conductive plates are arranged plane-parallel to one another.
  • a tolerance-related deviation of a plane-parallel arrangement of the electrically conductive platelets from one another can also be provided, for example a tilt of the electrically conductive platelets by up to 15 degrees, but preferably only by up to 10 degrees, particularly preferably only by up to 5 degrees , and very particularly preferably only by up to 1 degree, with regard to an ideal plane-parallel alignment.
  • the first electrically conductive plate, the second electrically conductive plate and / or the dielectric waveguide are arranged in the electromagnetic near field of the circuit arrangement, in particular less than the wavelength of the electromagnetic wave from the circuit arrangement , preferably less than 50% of the wavelength of the electromagnetic wave are spaced from the circuit arrangement, particularly preferably less than 10% of the wavelength of the electromagnetic wave le are spaced from the circuit arrangement.
  • the second electrically conductive plate is preferably arranged in the near field of the first electrically conductive plate.
  • the dielectric waveguide is preferably arranged in the near field of the second electrically conductive plate.
  • the first electrically conductive plate, the second electrically conductive plate, optionally further re electrically conductive plate, the electrical circuit arrangement and / or the dielectric waveguide can be arranged only a fraction of the wavelength of the electromagnetic wave from each other.
  • the waveguide transition has a waveguide piece, preferably a single-mode waveguide piece, which extends in the axial direction between the second electrically conductive plate and the dielectric waveguide.
  • the waveguide piece can preferably be designed to transmit only the basic mode.
  • the core material of the waveguide piece is made, for example, of plastic or ceramic and the jacket material is made of air, the permittivity differences in the case of cross-sectional areas of the waveguide piece, which at least approximately correspond to the cross-sectional areas of the exciting conductive plates, can lead to the formation of a single-mode waveguide piece, which cannot lead to higher fashions.
  • the term “higher modes” is understood to mean all modes whose respective cut-off frequencies lie above the cut-off frequency of the mode in which the data are to be transmitted.
  • the data are preferably transmitted in the basic mode, possibly in different polarizations.
  • the waveguide piece can be formed separately or in one piece with the dielectric waveguide.
  • the waveguide transition has a waveguide transition piece that extends between the waveguide piece and the dielectric waveguide in the axial direction (or in the direction of the longitudinal axis of the dielectric waveguide).
  • the waveguide transition piece can be formed separately or in one piece with the waveguide piece.
  • the waveguide transition piece forms a continuous or discretely graded transition between the waveguide piece and the dielectric waveguide, in particular a transition between different cross sections and / or different permittivities of the waveguide section and the dielectric waveguide.
  • the single-mode waveguide section can be excited by the second electrically conductive plate and then through the waveguide transition piece in the Multi-mode waveguide.
  • the waveguide transition piece can preferably have a continuous, for example linear or exponential transition or a transition according to a monotonous section of a cosine function between the cross-sectional geometries of the waveguide section and the dielectric waveguide, in particular their diameters.
  • a linear transition, exponential transition and / or a transition according to a monotonous section of a cosine function is particularly suitable as a continuous or section-wise continuous transition between different geometries, for example different cross-sectional areas of the waveguide section and the dielectric waveguide.
  • the waveguide transition has a waveguide base which has a first end for fastening in the circuit arrangement, the first end having a cross section with a first diameter which is larger than a second diameter of a cross section of a second end of the waveguide base facing the dielectric waveguide.
  • the broad waveguide base can on the one hand be advantageous for fastening the dielectric waveguide on the circuit arrangement and also improve the coupling into the dielectric waveguide.
  • the waveguide base can have at least one axial section in which the diameter of the waveguide base is reduced conically.
  • the waveguide base can have a cylindrical section with a constant diameter adjoining the first end and a conical section following it and adjoining the second end.
  • the dielectric waveguide can be provided to surround the dielectric waveguide, the waveguide piece, the waveguide transition piece and / or the wel lenleiterbasis with a material, stick on the circuit arrangement and / or mechanically attach me.
  • the dielectric waveguide can be attached to the circuit arrangement, for example, by means of support structures.
  • the waveguide base can itself also be formed as such a support structure.
  • the dielectric waveguide, the Wel lenleiter scholar, the waveguide transition piece and / or the waveguide base is covered by a dielectric sheath material whose permittivity is greater than the permittivity of air.
  • the use of a waveguide base with a wider core cross-sectional area can lead to an improved coupling into the dielectric waveguide. Due to the enlarged cross-sectional area, however, higher modes can be excited, for example when the dielectric waveguide is not ideally positioned. These higher modes are emitted at the transition between the waveguide base and the dielectric waveguide or the waveguide piece, and thus the coupling efficiency into the dielectric waveguide is reduced.
  • the permittivity ratio between the respective core material and the respective cladding material is selected such that the dielectric waveguide, the waveguide section, the waveguide transition piece and / or the waveguide base can only carry a reduced number of modes , preferably in the manner of a single-mode waveguide. This can be achieved by increasing the permittivity of the respective jacket material in this area.
  • a cladding material with a higher density and permittivity than air can be used, in which case the cladding can simultaneously serve as an attachment, which can improve the mechanical stability of the waveguide transition.
  • the waveguide transition piece can in particular also provide a transition between different permittivities of the core material and / or the cladding material.
  • a (continuous or discretely graded) transition from the permittivity of the cladding material of the waveguide piece to the permittivity of the cladding material of the dielectric waveguide can be provided, for example by means of compounding, material density modification and / or joining together of different materials.
  • the density of the dielectric waveguide piece can be modified, for example, by upsetting, foaming or deviating crystallization.
  • a plurality of materials can also be geometrically put together or joined, each having different permittivities and ultimately forming the dielectric waveguide, the waveguide piece and / or the waveguide transition piece as a whole.
  • a discretely graded transition between the permittivities can be provided in particular.
  • the diameter D of the first electrically conductive plate, the second electrically conductive plate or any further electrically conductive plate that may be present where 0 is the free space wavelength and e r is the relative permittivity of the material between the platelets and / or between the first platelet and the reference layer.
  • the diameter of the conductive plates can thus be, for example, 0.1 mm to 1 mm, 1 mm to 5 mm, 5 mm to 10 mm or more. However, the diameter is preferably 1 mm or smaller.
  • the core material of the dielectric waveguide, the waveguide piece, the waveguide transition piece and / or the waveguide base may have a relative permittivity of 1.8 to 10.0, preferably 2.0 to 3.5, for example, as a whole or at least in a section relevant to the invention .
  • the cladding material of the dielectric waveguide, the waveguide piece, the waveguide transition piece and / or the waveguide base may have a relative permittivity of 1.0 to 3.0, preferably 1.0 to 2.0, for example, as a whole or at least in a section relevant to the invention .
  • the dielectric waveguide, the waveguide piece, the waveguide transition piece and / or the waveguide base can be formed, for example, essentially from polyethylene or polytetrafluoroethylene.
  • the dielectric waveguide, the waveguide piece, the waveguide transition piece and / or the waveguide base can also be formed essentially from polystyrene, which can be advantageous in particular due to its good processing properties.
  • the dielectric waveguide, the wave guide piece, the wave guide transition piece and / or the wave guide base has a recess in order to accommodate at least one of the electrically conductive plates, in particular the second electrically conductive plate.
  • the electrically conductive plate (s) is or are attached to the recess or recess in a cohesive, non-positive and / or positive manner.
  • the depth of the recess can in particular define the distance or the axial distance of the electromagnetic coupled plates and thus determine the electrical behavior of the waveguide transition.
  • the recess can be provided to leave the recess air-filled, which further minimizes electrical losses and increases the frequency bandwidth.
  • it can also be provided to fill the recess with a solid after inserting the second electrically conductive plate (or another electrically conductive plate), for example to foam it, in particular if the solid has a permittivity comparable to air.
  • the invention also relates to a waveguide transition for a waveguide arrangement described above and below for transmitting an electromagnetic wave between a circuit arrangement and a dielectric waveguide.
  • the waveguide transition has at least a first electrically conductive plate and a second electrically conductive plate, which in the direction of Longitudinal axis of the dielectric waveguide are arranged offset from one another between the circuit arrangement and the dielectric waveguide and are designed to transmit the electromagnetic wave.
  • the at least two plates coupled together can produce two resonance frequencies, the position of which can be selected in such a way that the highest possible frequency bandwidth is achieved with a high coupling efficiency and sufficiently good adaptation.
  • a stack of more than two electrically conductive plates can also be provided.
  • the waveguide transition relates in particular to a transition from planar microwave circuits and millimeter-wave circuits to dielectric waveguides arranged perpendicular thereto.
  • the circuit arrangement can be a printed circuit.
  • the waveguide arrangement can in particular be arranged on a microchip, wherein the dielectric waveguide can be guided through the chip housing.
  • the invention further relates to the use of a waveguide arrangement according to the above and following explanations for data transmission by means of electromagnetic waves.
  • the waveguide arrangement according to the invention can advantageously be provided for the formation of board-to-board connections or chip-to-chip connections and thereby in particular replace optical systems.
  • a waveguide arrangement according to the invention is not only advantageous for data transmission, but can also be used in other areas, such as (high frequency) measurement technology.
  • the invention is therefore not to be understood as a special and exclusive solution for dielectric waveguides for data transmission.
  • FIG. 1 shows a waveguide arrangement according to the invention according to a first embodiment, below
  • FIG. 2 shows a waveguide arrangement according to the invention in accordance with a second embodiment, using a coplanar waveguide of the circuit arrangement for exciting the first electrically conductive plate;
  • FIG. 3 shows a waveguide arrangement according to the invention according to a third embodiment with dual-polar waveguide transmission and a second electrically conductive plate embedded in the dielectric waveguide;
  • FIG. 4 shows a waveguide arrangement according to the invention in accordance with a fourth embodiment with a waveguide piece and a waveguide transition piece;
  • FIG. 5 shows a waveguide arrangement according to the invention in accordance with a fifth embodiment with a waveguide base
  • FIG. 6 shows a waveguide arrangement according to the invention in accordance with a sixth embodiment with dual-polar transmission, a coplanar waveguide of the circuit arrangement for excitation of the first electrically conductive plate, a waveguide piece, a waveguide transition piece and a waveguide base.
  • FIG. 1 shows an inventive waveguide arrangement 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the waveguide arrangement 1 comprises an electrical circuit arrangement 2, a dielectric waveguide 3 and an intermediate waveguide transition 4 for transmitting an electromagnetic wave 5 between the circuit arrangement 2 and the dielectric waveguide 3.
  • the circuit arrangement 2 can be, for example, an electrical circuit board or an integrated circuit. It can also be a system-in-package, a multi-chip module and / or a package-on-package.
  • the waveguide arrangement 1 according to the invention can preferably be used for use with a printed circuit board or for a chip-to-chip communication connection.
  • the circuit arrangement 2 is essentially described as a printed circuit board for simplification, but this is not to be understood as restrictive.
  • the dielectric waveguide 3 shown as an example has a core material 3.1 with a permittivity that is greater than the permittivity of the cladding material 3.2 (cf. dashed line in FIG. 1) that runs around the core material 3.1.
  • the jacket material 3.2 can also be air, for example.
  • the jacket material 3.2 can, however, also be a material that has a higher permittivity than air. In this way, the cross-sectional diameter of the core material 3.1 of the dielectric waveguide 3 can be increased without undesired modes in the dielectric waveguide 3 being able to propagate.
  • the cladding material 3.2 of the dielectric waveguide 3 is not further presented for simplification.
  • the longitudinal axis A of the dielectric waveguide 3 is preferably oriented orthogonally to a surface 6 of the circuit arrangement 2 facing the dielectric waveguide 3.
  • tolerance-related deviations for example a tilt of up to 15 degrees, can also be provided.
  • the waveguide transition 4 has at least a first electrically conductive plate 7 and a second electrically conductive plate 8, which are arranged in different axial planes between the circuit arrangement 2 and the dielectric waveguide 3 or in the direction of the longitudinal axis A of the dielectric waveguide 3 (ie in Axial direction) are offset.
  • other electrically conductive plates can also be provided, but these are not shown in the exemplary embodiments for simplification.
  • An embodiment shown in the exemplary embodiments is preferably provided, according to which the first electrically conductive plate 7 and the circuit arrangement 2 are formed and arranged with respect to one another in such a way that the first electrically conductive plate 7 is electromagnetically excited directly by the circuit arrangement 2 in order to generate the electromagnetic wave 5 transferred to.
  • the circuit arrangement 2 for exciting the first electrically conductive plate 7 can have at least one electrical line 9, as shown, for example, in the exemplary embodiment in FIG. 1.
  • the first electrically conductive plate 7 shown in the exemplary embodiment in FIG. 1 is rectangular, preferably square.
  • the first electrically conductive plate 7 is conductively connected to an electrical line 9 designed as a micro strip line, which is located together with the first electrically conductive plate 7 in the top level or layer of the circuit arrangement 2 designed as a printed circuit board.
  • an electrically conductive base 10 is provided as a reference conductor, which is separated from the structures of the uppermost layer of the circuit board by a non-conductive, high-frequency dielectric substrate 1 1.
  • the microstrip line or the electrical line 9 is conductively connected to the first plate 7.
  • An electromagnetic field coupling by, for example, an electrical line or strip line located in a lower plane of the printed circuit board or the circuit arrangement 2 can also be provided.
  • the base area 10 serving as an electrical (ground) reference does not necessarily have to be arranged on the underside of the circuit arrangement 2 or the printed circuit board, but can also be arranged, for example, in a middle plane or layer.
  • the base area 10 or another electrical reference can also be arranged at a distance from the circuit board or from the circuit arrangement 2, for example can be designed as a housing component, air or preferably a solid material can be provided between the circuit arrangement and the housing component.
  • the first electrically conductive plate 7, the second electrically conductive plate 8 and / or the electrical waveguide 3 can be arranged in the electromagnetic near field of the circuit arrangement 2, in particular less than the wavelength of the electromagnetic wave 5 from the circuit arrangement 2 (and / or from one another), preferably less than 50% of the wavelength of the electromagnetic wave 5 from the circuit arrangement 2 (and / or from one another), particularly preferably less than 10% wavelength of the electromagnetic wave 5 from the circuit arrangement 2 (and / or from one another ) be spaced.
  • the dielectric waveguide 3 can be located directly on the surface of the second electrically conductive plate 8 facing it or at a short distance above it, so that the end of the dielectric waveguide 3 facing the second electrically conductive plate 8 is in the near field of the second electrically conductive plate 8 is located.
  • the first electrically conductive plate 7 can be spaced directly on the circuit arrangement 2 or at a short distance.
  • the electrically conductive plates 7, 8 used can also be positioned within their near field, for example axially spaced apart by at least one dielectric (not shown).
  • the coupling efficiency as well as the type of the excited modes within the dielectric waveguide 3 can depend on the positioning, orientation and / or cross-sectional area of the core material 3.1 of the dielectric waveguide 3, as well as on the permittivities of the core material 3.1 and the cladding material 3.2 as well as on the resonance depend on the electrically conductive plates 7, 8.
  • the second electrically conductive plate 8 is arranged axially above the directly fed, first electrically conductive plate 7. Both plates are able to electromagnetically verkop peln with each other, the distance between the two plates 7, 8 and their geometry can be decisive for the frequency bandwidth and the actual frequency position.
  • the second electrically conductive plate 8 is round, which can be particularly advantageous in order to position the likewise round dielectric waveguide 3 in a rotationally invariant manner on the second electrically conductive plate 8 or on the second electrically conductive plate 8, which facilitates assembly can simplify.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the waveguide arrangement 1 according to the invention, in which the second electrically conductive plate 8 is fastened on an end face of the dielectric waveguide 3 facing the circuit arrangement 2 and is arranged in the near field of the first electrically conductive plate 7.
  • the electrically conductive plate 7 of FIG. 2 is fed by a coplanar waveguide of the circuit arrangement 2.
  • the coplanar waveguide is designed in the manner of a GCPW ("Grounded Coplanar Waveguide").
  • the circuit arrangement 2 has a reference layer 12 in the top layer and optionally an electrically conductive base area 10 in the bottom layer.
  • the reference layer 12 and the base area 10 are connected to one another by conductive plated-through holes (“VIAs”) 13.
  • VIPs conductive plated-through holes
  • the first electrically conductive plate 7 is isolated from the reference layer 12 by a slot 14. In this way, the edges of the first electrically conductive plate 7 continue to form open ends with respect to the reference layer 12 and the base area 10 and thus form a resonator.
  • the electrical line 9 it is not absolutely necessary for the electrical line 9 to be arranged in an electrically conductive manner with the first plate 7 and / or with the first plate 7 in the same plane or layer.
  • the reference layer 12 can be reduced and the number of vias 13 can be reduced.
  • FIG. 3 shows a further waveguide arrangement 1 according to a third embodiment, which combines two further aspects of the invention with one another by way of example.
  • the dielectric waveguide 3 shown in FIG. 3 has a cutout 15 in which the second electrically conductive plate 8 is received.
  • the recess is preferably filled with air, but can also be completely or partially filled with a foam or other material. However, the losses of the waveguide arrangement 1 can generally be further minimized and the frequency bandwidth maximized if the cutout 15 remains air-filled.
  • the recess 15 can (as shown) run conically or alternatively also cylindrical.
  • One possibility for attaching a conductive surface to form, for example, the second electrically conductive plate 8 on an inner surface of the recess 15 can be, for example, laser direct structuring (LDS).
  • LDS laser direct structuring
  • the circuit arrangement 2 is also designed to excite the first electrically conductive plate 7 in such a way that a dual-polar transmission with orthogonal polarization is formed.
  • the second electrically conductive plate 8 exciting, first electrically conductive plate 7 of the circuit arrangement 2 is in this case by the (first) microstrip line or electrical line 9 and also by an orthogonal to the first electrical line 9 positio ned, second microstrip line or second electrical Line 16 fed. Accordingly, two different resonance modes can be excited in the first plate 7, which are polarized orthogonally to one another.
  • the dielectric waveguide 3 which is preferably positioned in the center and is as perpendicular as possible, with two mutually orthogonal and thus independent polarizations of the basic mode, which are then guided independently of one another via the dielectric waveguide 3.
  • the feed lines or the electrical lines 9, 16 are electrically conductively connected to the first electrically conductive plate 7.
  • the electrical lines 9, 16 can for example also be arranged in a lower level of the printed circuit board or circuit arrangement 2 and feed the first electrical plate 7 by means of electromagnetic field coupling.
  • the first electrically conductive plate 7 does not necessarily have to be rectangular or square, but can also be round or elliptical. In the case of a dual polar excitation, however, the first electrically conductive plate 7 is preferably square or circular.
  • microstrip lines or the electrical lines 9, 16 can run centrally to the first electrically conductive plate 7, as shown.
  • the feed lines 9, 16 can also each have a lateral offset.
  • a lateral offset of at least one of the electrical lines 9, 16 can, for example, improve the isolation from the different modes in the dielectric waveguide 3 or the isolation from the modes of both electrical lines 9, 16.
  • the waveguide transition 4 has a waveguide section 17, preferably a single-mode waveguide section, which extends between the first electrically conductive plate 7 and the dielectric waveguide 3 in the axial direction along the elongated longitudinal axis A of the dielectric waveguide 3.
  • the second electrically conductive plate 8 is preferably embedded in the waveguide piece 17; here, for example, a recess 15 can be provided, as already described in FIG. 3 with regard to the dielectric waveguide 3.
  • the second electrically conductive plate 8 does not necessarily have to be embedded in the shaft guide piece 17, but can also be placed only on an end face of the wave guide piece 17 or spaced further from the wave guide piece in the axial direction.
  • the waveguide transition 4 has a waveguide transition piece 18 which extends between the waveguide piece 17 and the dielectric waveguide 3 in the axial direction along the longitudinal axis A of the dielectric waveguide 3.
  • the waveguide transition piece 18 forms a continuous transition between the waveguide piece 17 and the dielectric waveguide 3 in order to adapt the different cross sections to one another.
  • it can in principle be advantageous to adapt the dimensions of the dielectric waveguide 3 to the dimensions of the exciting plate, ie in particular the size or the diameter of the second electrically conductive plate 8 and to choose the diameter of the dielectric waveguide 3 as similar as possible.
  • the waveguide transition piece 18 can serve for alignment.
  • a waveguide section 17 designed as a single-mode waveguide section can be placed together with the second electrically conductive plate 8 above the first electrically conductive plate 7 attached and then transferred through the waveguide transition piece 18 into a dielectric waveguide 3 designed as a multi-mode waveguide.
  • the waveguide transition piece 18 does not necessarily have to continuously (e.g. cosily, linearly or exponentially) convert the geometry of the waveguide piece 17 and the dielectric waveguide 3 into one another, as shown in FIG. 4, but can also have a discretely graded transition with one train any number of levels.
  • the waveguide transition piece 18 forms a continuous or discretely graded transition between different permittivities of the waveguide piece 17 and the dielectric waveguide 3, in particular with regard to their core materials and / or cladding materials.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the invention, in which the waveguide transition 4 has a waveguide base 19 which has a first end 19.1 for attachment to the circuit arrangement 2, the first end 19.1 having a cross section with a first diameter which is larger is as a second diameter of a cross section of a second end 19.2 of the waveguide base 19 which faces the dielectric waveguide 3.
  • the waveguide base 19 can have an annular cross section (in particular a round annular cross section) or a cross section with a plurality of ring segments 20, as shown in FIG. 5.
  • the widespread base can serve for improved fastening of the dielectric waveguide 3 on the circuit arrangement 2 and can be designed in the manner of supports.
  • the second electrically conductive plate 8 can be accommodated within the waveguide base 19.
  • the waveguide base 19 is preferably hollow or has a recess 15, as shown in FIG. 6. Basically, a widening of the cross-sectional area of the dielectric waveguide 3 by the waveguide base 19 in the waveguide transition 4 can allow an improved coupling into the dielectric waveguide 3 if the dimensions are correct. In addition, a spread of the cross-sectional area through the waveguide base 19 can also be used for the defined positioning of the dielectric waveguide 3.
  • the waveguide transition 4 has a waveguide base 19 with the second electrically conductive plate 8 accommodated therein.
  • the waveguide piece 17 and the waveguide transition piece 18 are arranged between the waveguide base 19 and the dielectric waveguide 3.
  • the dielectric waveguide 3, the waveguide section 17, the waveguide transition piece 18 and / or the waveguide base 19 can also be formed in one piece. In the exemplary embodiment, however, these are formed in several parts.
  • the first electrically conductive plate 7 is excited by two identical coplanar waveguides, as described in the context of FIG. 2, which makes dual-polar use possible and a few parasitic radiation can be reduced compared to excitation by simple microstrip lines or electrical lines 9, 16.
  • the first electrically conductive plate 7 in the fi gures 5 and 6 is round. As a result, the assembly of the waveguide arrangement 1 can be simplified or incorrect alignments avoided.
  • the transmission into the dielectric waveguide 3 can improve.
  • the waveguide base 19 in the direction of the waveguide piece 17 tapering reduction in diameter can further improve the transmission and avoid the guidance of undesired modes of the dielectric waveguide 3, which are instead emitted at the ko African reduction.
  • the continuous broadening of the cross-sectional area of the core material through the waveguide transition piece 18 can enable the excitation of a multi-mode waveguide 3 while avoiding the excitation of higher modes.
  • the waveguide transition 4 and / or the dielectric waveguide 3 can be glued to the circuit arrangement 2, mechanically fastened and / or foamed.
  • Foaming can preferably be carried out using a material which has a permittivity which corresponds approximately to the permittivity of the air.
  • white polystyrene foam known under the brand "Styrodur” from the BASF Group or "ROFIACELL” from Evonik.
  • a comparable material can of course also be suitable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellenleiteranordnung (1), umfassend eine elektrische Schaltungsanordnung (2), einen dielektrischen Wellenleiter (3) mit einer Längsachse (A) sowie einen dazwischenliegenden Wellenleiterübergang (4) zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle (5) zwischen der Schaltungsanordnung (2) und dem dielektrischen Wellenleiter (3). Der Wellenleiterübergang (4) weist zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Plättchen (7) und ein zweites elektrisch leitfähiges Plättchen (8) auf, die in Richtung der Längsachse (A) des dielektrischen Wellenleiters (3) zueinander versetzt zwischen der Schaltungsanordnung (2) und dem dielektrischen Wellenleiter (3) angeordnet sind.

Description

Wellenleiteranordnung, Wellenleiterübergang und Verwendung einer Wellenleiteranordnung
Die Erfindung betrifft eine Wellenleiteranordnung, umfassend eine elektrische Schaltungsanordnung, ei nen dielektrischen Wellenleiter sowie einen dazwischenliegenden Wellenleiterübergang zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen der Schaltungsanordnung und dem dielektrischen Wellenlei ter.
Die Erfindung betrifft auch einen Wellenleiterübergang zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen einer Schaltungsanordnung und einem dielektrischen Wellenleiter.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung einer Wellenleiteranordnung.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik lässt sich die kabelgebundene Datenübertragung im Wesentli chen in zwei unterschiedliche Technologien gliedern. Dabei ist zum einen eine Datenübertragung mittels metallischer Leiter und zum anderen eine optische Datenübertragung mittels Glasfasern bekannt.
Die Signalübertragung über herkömmliche elektrische Leiter, wie beispielsweise Kupferleiter in elektri schen Kabeln, unterliegt bei hohen Frequenzen bekanntermaßen einer starken Signaldämpfung. Somit muss, insbesondere wenn hohe Anforderungen an die Übertragungsbandbreite gestellt werden, mitunter ein hoher Aufwand betrieben werden, um die Spezifikationen zu erreichen - falls überhaupt möglich.
Eine optische Datenübertragung ist hingegen äußerst verlustarm und mit hohen Datenraten möglich. Die optische Datenübertragung erfordert allerdings stets eine Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale und umgekehrt, was bei dieser Signalübertragungsart komplexe Sende- und Empfangsstrukturen nötig macht.
Neben den beiden konventionellen Datenübertragungstechniken besteht ein zunehmendes Interesse an einer Technologie, welche versucht, sich als Alternative zu etablieren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Datenübertragung über sogenannte dielektrische Wellenleiter ("Dielectric Waveguides",
DWG oder "Polymer Microwave Fibres", PMF).
Bei dieser Technik wird das elektrische Signal einer Trägerfrequenz aufmoduliert, insbesondere im Milli meterwellenbereich (beispielsweise 80 GHz) und als elektromagnetische Welle entlang des dielektri schen Wellenleiters übertragen. Das Verfahren kommt im Gegensatz zu einem optischen Verfahren ohne eine elektro-optische Wandlung aus. Gegenüber metallischen Wellenleitern hat das Konzept den Vorteil, sehr hohe Datenraten, zum Beispiel im Bereich von 50 GB/s, zumindest über mittlere Distanzen, bei spielsweise im Bereich von 10 m, übertragen zu können. Dielektrische Wellenleiter erscheinen insbeson dere deshalb sehr interessant, da die erforderlichen Halbleitertechnologien für den hohen Gigahertz- Bereich mittlerweile zunehmend zur Verfügung stehen und eine kostengünstige und hohe Integration er lauben, beispielsweise in der RF CMOS-Technologie.
Elektromagnetische Wellen, die sich entlang eines dielektrischen Wellenleiters ausbreiten, können je nach Beschaffenheit des Wellenleiters in unterschiedlichen Feldkonfigurationen auftreten. Diese unter schiedlichen Feldkonfigurationen werden als "Moden" bezeichnet. Wird in einem dielektrischen Wellenlei ter nur die Grundmode geführt, spricht man analog zur Glasfaser von einem "Single-Mode"-Wellenleiter. Besteht hingegen die Möglichkeit, dass der dielektrische Wellenleiter mehrere Moden zugleich führen kann, wird von einem "Multi-Mode"-Wellenleiter gesprochen. Wie viele Moden ein dielektrischer Wellen leiter zu führen vermag, hängt im Wesentlichen von der Betriebsfrequenz und von der Geometrie des Wellenleiters, insbesondere der Größe seiner Querschnittsfläche (z. B. Durchmesser eines runden Wel lenleiters) sowie von seiner Permittivität (auch dielektrische Leitfähigkeit genannt) ab.
Wie auch bei den herkömmlichen Datenübertragungstechnologien ist beim Entwurf des Übertragungs mediums die von diesem verursachte Dispersion eine kritische Komponente. Als Dispersion wird die Ei genschaft eines Wellenleiters bezeichnet, wonach sich Signale bzw. Signalanteile unterschiedlicher Fre quenz mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Wellenleiter ausbreiten. Die Dispersion ist damit ne ben der Dämpfung ein entscheidender Parameter, der die maximal erzielbare Datenrate limitieren kann. Im Falle des dielektrischen Wellenleiters lässt sich die Dispersion im Wesentlichen in zwei Unterarten aufteilen: die Wellenleiterdispersion und die Modendispersion.
Die Wellenleiterdispersion beschreibt die Dispersion der Grundmode, in der in der Regel die Daten über tragen werden, und tritt sowohl in Single- als auch in Multi-Mode-Wellenleitern auf.
Die Modendispersion hingegen bezieht sich auf die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der einzelnen Moden. Werden höhere Moden am Übergang zum dielektrischen Wellenleiter oder entlang des Leiters durch Diskontinuitäten angeregt, kann es bei einer Datenübertragung zur Verringerung der nutzbaren Leistung und zur Verzerrung des Signals kommen, wodurch die maximal erreichbare Datenra te begrenzt sein kann.
Die Grundmode kann grundsätzlich für beliebige Frequenzen von dem dielektrischen Wellenleiter geführt werden. Allerdings sind die Feldverteilung und die Ausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb des dielektri schen Wellenleiters frequenzabhängig. Während die Grundmode keine untere Grenzfrequenz besitzt, werden alle "höheren Moden" erst oberhalb einer individuellen Grenzfrequenz geführt. Wird ein dielektri scher Wellenleiter somit unterhalb der Grenzfrequenz aller höherer Moden verwendet, wird er als Single- Mode-Wellenleiter bezeichnet; demgemäß wird ein Wellenleiter als Multi-Mode-Wellenleiter bezeichnet, wenn im genutzten Frequenzbereich mindestens eine weitere Mode geführt werden kann. Multi-Mode-Wellenleiter können eine geringere Wellenleiterdispersion als Single-Mode-Wellenleiter auf weisen, können diesen Vorteil jedoch durch etwaige Modendispersion wieder verlieren. Dies ist insbe sondere problematisch, wenn entweder durch den Übergang vom Sender bzw. Empfänger auf den die lektrischen Wellenleiter oder durch Diskontinuitäten entlang des Wellenleiters unerwünschte Moden in einem zu hohen Maße angeregt werden.
Um dielektrische Wellenleiter in einem Übertragungssystem nutzen zu können, sind Wellenleiterüber gänge auf den dielektrischen Wellenleiter erforderlich, die die elektromagnetische Welle beispielsweise von einer planaren Schaltung auf einer Leiterplatte oder von einer hochintegrierten Schaltung (z. B. einer MMIC, "Monolithic Microwave Integrated Circuit") auf den dielektrischen Wellenleiter übertragen.
Hierzu ist es einerseits bekannt, den dielektrischen Wellenleiter parallel zu der Schaltungsanordnung an zuordnen. Der dielektrische Wellenleiter kann dann durch Wanderwellen angeregt werden, wobei die elektromagnetische Welle vergleichbar mit einem konischen Hornübergang kontinuierlich in den dielektri schen Wellenleiter geführt wird. Derartige Wellenleiterübergänge können vergleichsweise breitbandig be trieben werden. Aufgrund der zweidimensionalen Struktur lassen sich allerdings beispielsweise dualpola re Übergänge zur Nutzung beider Polarisationen der Grundmode des dielektrischen Wellenleiters nur schwer realisieren.
Ferner ist es bekannt, dielektrische Wellenleiter senkrecht zu der Schaltungsanordnung anzuordnen. Hierzu sind in der Regel resonante Strukturen erforderlich. Die Realisierung dualpolarer Übergänge kann bei einer senkrechten Anordnung allerdings vereinfacht sein.
Zur Realisierung eines Wellenleiterübergangs für einen zu der Schaltungsanordnung senkrecht angeord neten dielektrischen Wellenleiter ist es aus der Praxis bekannt, als resonante Struktur ein metallisches Plättchen (ein sogenanntes "Patch") als Teil der Schaltungsanordnung zu verwenden, das beispielsweise mittels einer Mikrostreifenleitung einer Leiterplatte gespeist wird und die elektromagnetische Welle in dem dielektrischen Wellenleiter anzuregen vermag.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wellenleiteranordnung bereit zustellen, insbesondere eine Wellenleiteranordnung mit hoher Bandbreite bereitzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wellenleiterübergang bereitzustellen, bei dem insbesondere eine hohe Bandbreite beim Übergang der elektromagnetischen Welle gewährleistet werden kann.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Verwendung einer Wellenleiteranord nung bereitzustellen. Die Aufgabe wird für die Wellenleiteranordnung durch die Merkmale des Anspruchs 1 , für den Wellen leiterübergang durch die Merkmale des Anspruchs 1 8 und für die Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 1 9 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausfüh rungsformen und Varianten der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird eine Wellenleiteranordnung vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Schal tungsanordnung, einen dielektrischen Wellenleiter mit einer Längsachse sowie einen dazwischenliegen den Wellenleiterübergang zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen der Schaltungs anordnung und dem dielektrischen Wellenleiter.
Mit einer elektromagnetischen Welle im Rahmen der Erfindung ist eine elektromagnetische Welle ge meint, die nicht innerhalb des für eine optische Signalübertragung verwendeten Lichtspektrums liegt.
Die Erfindung eignet sich besonders zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle im Millimeterbe reich (30 GHz bis 300 GHz) und Submillimeterbereich (300 GHz bis 3 THz).
Auf die Übertragungsrichtung der elektromagnetischen Welle kommt es im Rahmen der Erfindung nicht an. Die elektromagnetische Welle kann somit ausgehend von der elektrischen Schaltungsanordnung über den Wellenleiterübergang in den dielektrischen Wellenleiter eingespeist werden - oder umgekehrt. Auch eine bidirektionale Übertragung ist im Rahmen der Erfindung möglich. Insofern nachfolgend auf ei ne Übertragung der elektromagnetischen Welle von der elektrischen Schaltungsanordnung in den die lektrischen Wellenleiter Bezug genommen wird, ist dies nur der vereinfachten Beschreibung der Erfin dung zuzurechnen und nicht einschränkend zu verstehen.
Der dielektrische Wellenleiter weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. Der dielektrische Wel lenleiter muss allerdings nicht notwendigerweise eine kreisrunde Geometrie aufweisen. Der dielektrische Wellenleiter kann beispielsweise auch quadratisch ausgebildet sein bzw. einen quadratischen Quer schnitt aufweisen.
Der dielektrische Wellenleiter kann als Single-Mode-Wellenleiter oder als Multi-Mode-Wellenleiter ausge bildet sein. Vorzugsweise ist der dielektrische Wellenleiter als Multi-Mode-Wellenleiter ausgebildet.
Der dielektrische Wellenleiter ist vorzugsweise aus einem Kernmaterial und einem das Kernmaterial um hüllenden Mantelmaterial ausgebildet.
Bei dem Kernmaterial kann es sich vorzugsweise um einen Kunststoff oder um Keramik handeln. Kera miken können beispielsweise für Übergänge zwischen Mikrochips vorteilhaft eingesetzt werden. Bei dem Mantelmaterial handelt es sich aus elektrischer Sicht idealerweise um Luft. Es kann allerdings auch ein aus einem beliebigen Gas, einer beliebigen Flüssigkeit oder einem beliebigen Festkörper be stehendes Mantelmaterial vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß weist der Wellenleiterübergang zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Plättchen und ein zweites elektrisch leitfähiges Plättchen auf, die in Richtung der Längsachse des dielektrischen Wellenleiters (nachfolgend auch als "Axialrichtung" bezeichnet) zueinander versetzt zwischen der Schal tungsanordnung und dem dielektrischen Wellenleiter angeordnet sind.
Die elektrisch leitfähigen Plättchen können in verschiedenen axialen Ebenen zwischen der Schaltungs anordnung und dem dielektrischen Wellenleiter angeordnet sein. Die axialen Ebenen, in denen die jewei ligen elektrisch leitfähigen Plättchen angeordnet sind, können entlang der Längsachse des dielektrischen Wellenleiters bzw. entlang der verlängerten Längsachse des dielektrischen Wellenleiters in Axialrichtung verteilt sein.
Bei der Längsachse kann es sich um die Mittelachse des dielektrischen Wellenleiters handeln.
Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähigen Plättchen als metallische Plättchen (auch als "Patches" be zeichnet) ausgebildet.
Die elektrisch leitfähigen Plättchen können resonante Strukturen ausbilden.
Die elektrisch leitfähigen Plättchen müssen nicht unbedingt eine durchgängige Fläche aufweisen, son dern können auch in sich strukturiert sein. Beispielsweise kann wenigstens eines der elektrisch leitfähi gen Plättchen geschlitzt oder gelocht sein.
Es können auch noch weitere elektrisch leitfähige Plättchen im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein. Beispielsweise kann optional ein drittes elektrisch leitfähiges Plättchen in einer weiteren axialen Ebene zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Plättchen und dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen vorgesehen sein. Ferner kann auch ein viertes elektrisch leitfähiges Plättchen, ein fünftes elektrisch leit fähiges Plättchen, ein sechstes elektrisch leitfähiges Plättchen oder noch mehr elektrisch leitfähige Plätt chen in verschiedenen axialen Ebenen zwischen der Schaltungsanordnung und dem dielektrischen Wel lenleiter vorgesehen sein. Zum einfacheren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend allerdings mit nur zwei elektrisch leitfähigen Plättchen beschrieben, dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.
Das erste elektrisch leitfähige Plättchen, das zweite elektrisch leitfähige Plättchen und/oder gegebenen falls vorhandene weitere elektrisch leitfähige Plättchen kann bzw. können rund, elliptisch und/oder recht eckig, insbesondere auch quadratisch ausgebildet sein. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung von zumindest zwei elektrisch leitfähigen Plättchen, die in der Art eines Stapels in verschiedenen axialen Ebenen angeordnet sein können, kann die Frequenz bandbreite des erfindungsgemäßen Wellenleiterübergangs und somit die Frequenzbandbreite der erfin dungsgemäßen Wellenleiteranordnung verglichen mit dem Stand der Technik erheblich gesteigert sein.
Ein im Rahmen des Standes der Technik verwendetes einzelnes resonantes Element zur Anregung der elektromagnetischen Welle in dem dielektrischen Wellenleiter, insbesondere ein einzelnes Patch, vermag nur eine vergleichsweise geringe Frequenzbandbreite bereitzustellen. Die Frequenzbandbreite lässt sich erfindungsgemäß durch das Anbringen des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens "oberhalb" des ers ten elektrisch leitfähigen Plättchens steigern.
Insofern im Rahmen der Erfindung von der Richtungsangabe "oberhalb" gesprochen wird, bezieht sich diese Angabe auf eine axiale Ebene, die dem dielektrischen Wellenleiter näher angeordnet ist als eine "darunter" liegende weitere axiale Ebene. Die Richtungsangaben sollen das Verständnis der Erfindung erleichtern, jedoch keine spezifische Ausrichtung der Wellenleiteranordnung hinsichtlich eines Schwer punktzentrums (z. B. des Erdmittelpunkts) andeuten.
Vorzugsweise vermögen die elektrisch leitfähigen Plättchen miteinander elektromagnetisch zu verkop peln, insbesondere um die elektromagnetische Welle in den dielektrischen Wellenleiter einzuspeisen.
Die Distanz zwischen den zumindest zwei elektrisch leitfähigen Plättchen sowie deren Geometrie können bestimmend für die Frequenzbandbreite sowie die eigentliche Frequenzlage sein und beispielsweise an hand von Simulationen, Berechnungen und/oder Versuchsreihen ermittelt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung als elektri sche Leiterplatte, integrierte Schaltung, System-in-Package, Multi-Chip-Modul und/oder Package-on- Package ausgebildet ist.
Grundsätzlich kann eine beliebige Schaltungsanordnung vorgesehen sein, insbesondere eine planare Schaltungsanordnung, beispielsweise eine elektrische Leiterplatte oder eine hochintegrierte Schaltung, insbesondere eine MMIC ("Monolitic Microwave Integrated Circuit").
Eine bevorzugte Verwendung der Erfindung kann eine Chip-zu-Chip-Datenübertragung betreffen, wobei die Schaltungsanordnung als integrierte Schaltung, z. B. als anwendungsspezifische integrierte Schal tung (ASIC) oder MMIC ausgebildet sein kann. Der Wellenleiterübergang kann dann beispielsweise teil weise oder vollständig in einem Chipgehäuse ("Package") angeordnet sein, wobei der dielektrische Wel lenleiter zwischen den Chipgehäusen zur hochbitratigen Datenübertragung verlaufen und ggf. durch die Chipgehäuse hindurchgeführt sein kann. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Längsachse des die lektrischen Wellenleiters orthogonal zu einer dem Wellenleiter zugewandten Oberfläche der Schaltungs anordnung ausgerichtet ist.
Die Erfindung kann somit insbesondere zur Realisierung von Wellenleiterübergängen zu senkrecht zu planaren Schaltungen angeordneten dielektrischen Wellenleitern dienen, wobei hohe Frequenzbandbrei ten erreichbar sind.
Grundsätzlich kann es zu bevorzugen sein, wenn der dielektrische Wellenleiter senkrecht auf der Schal tungsanordnung ausgerichtet ist. Insbesondere toleranzbedingt können aber auch Abweichungen von ei ner senkrechten Anordnung auftreten. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Längsachse des dielektrischen Wellenleiters um bis zu 15 Grad, vorzugsweise aber nur um bis zu 10 Grad, besonders bevorzugt nur um bis zu 5 Grad, und ganz besonders bevorzugt nur um bis zu 1 Grad, zu einer ideal or thogonalen Ausrichtung verkippt ist.
Bei der Oberfläche der Schaltungsanordnung, zu der die Längsachse des dielektrischen Wellenleiters or thogonal oder zumindest annähernd orthogonal ausgerichtet ist, kann es sich insbesondere um die oberste Lage bzw. um die oberste Schicht der planaren Schaltung, also beispielsweise einer Leiterplatte oder einer integrierten Schaltung, handeln.
Vorzugsweise ist zumindest das erste elektrisch leitfähige Plättchen planparallel zu der dem Wellenleiter zugewandten Oberfläche der Schaltungsanordnung angeordnet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Längsachse des dielektrischen Wellenleiters orthogonal zu einer dem Wellenleiter zugewandten Oberfläche des ersten elektrisch leitfä higen Plättchen und/oder des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens (und/oder ggf. weiterer elektrisch leitfähiger Plättchen) ausgerichtet ist. Auch eine Verkippung der Längsachse, beispielsweise eine tole ranzbedingte Verkippung um bis zu 15 Grad, vorzugsweise aber nur um bis zu 10 Grad, besonders be vorzugt nur um bis zu 5 Grad, und ganz besonders bevorzugt nur um bis zu 1 Grad, zu einer ideal ortho gonalen Ausrichtung, kann vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leit fähige Plättchen und die Schaltungsanordnung ausgebildet und derart zueinander angeordnet sind, dass das erste elektrisch leitfähige Plättchen unmittelbar von der Schaltungsanordnung elektromagnetisch an geregt wird, um die elektromagnetische Welle zu übertragen. Das erste elektrisch leitfähige Plättchen, insbesondere ein metallisches Plättchen, kann vorzugsweise als Teil bzw. elektrische Komponente der Schaltungsanordnung, insbesondere als leitfähiger metallisierter Bereich der Schaltungsanordnung, ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung zur Anregung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens wenigstens eine elektrische Leitung aufweist, vorzugsweise wenigstens eine Mikrostreifenleitung aufweist, um die elektromagnetische Welle zu übertragen.
Die elektrische Leitung zur Speisung des ersten Plättchens wird nachfolgend mitunter auch als Speiselei tung bezeichnet.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sich das erste Plättchen und die elektrische Leitung, insbe sondere die Mikrostreifenleitung einer elektrischen Leiterplatte, auf bzw. in einer gemeinsamen Schicht der Schaltungsanordnung befinden, beispielsweise auf der obersten Ebene bzw. obersten Schicht einer elektrischen Leiterplatte.
Die elektrische Leitung zur Anregung des ersten Plättchens ist vorzugsweise elektrisch leitfähig mit dem ersten Plättchen verbunden. Dies ist allerdings nicht unbedingt erforderlich. Grundsätzlich kann die Spei seleitung bzw. die elektrische Leitung zur Anregung des ersten Plättchens auch in einer tieferen Schicht der Schaltungsanordnung, beispielsweise einer Leiterplatte oder eines MMICs, liegen. Das erste elektrisch leitfähige Plättchen kann also auch über eine elektromagnetische Feldkopplung gespeist wer den.
Zur leitergebundenen Führung der elektromagnetischen Welle kann ein Leiter bzw. eine leitfähige Fläche im Sinne eines Referenzpotentials (Referenzleiter) vorgesehen sein, beispielsweise eine elektrisch leitfä hige Grundfläche der Schaltungsanordnung, die auf einer tieferen Ebene oder in einer tieferen Ebene bzw. einer tieferen Schicht der Schaltungsanordnung angeordnet ist. Der Referenzleiter kann insbeson dere durch eine Substratschicht von der Speiseleitung in Axialrichtung separiert sein. Der Referenzleiter kann ein elektrisches Referenzsignal bzw. Referenzpotential führen, insbesondere ein Massepotential (GND) führen und damit eine Massereferenz ausbilden.
Durch die räumlich begrenzte Fläche des elektrisch leitfähigen Plättchens, beispielsweise des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens, kann sich durch dessen Berandung ein Resonator ausbilden, der bei spielsweise durch die wenigstens eine elektrische Leitung, beispielsweise die Mikrostreifenleitung einer elektrischen Leiterplatte, gespeist wird. Durch die elektrisch leitfähigen Plättchen wird schließlich in dem dielektrischen Wellenleiter eine elektromagnetische Welle angeregt, welche anschließend durch den die lektrischen Wellenleiter geführt wird. Zur Anregung der zur Datenübertragung vorgesehenen Grundmode des dielektrischen Wellenleiters kann sich insbesondere die erste Resonanzmode (im rechteckigen Patch die TM-001 ) des elektrisch leit fähigen Plättchens und eine symmetrische Positionierung des dielektrischen Wellenleiters und des zwei ten elektrisch leitfähigen Plättchens eignen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung zur Anre gung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens einen koplanaren Wellenleiter aufweist, um die elektro magnetische Welle zu übertragen.
Insbesondere kann eine Speisung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens mittels eines koplanaren Wellenleiters der Art GCPW ("Grounded Coplanar Waveguide") vorgesehen sein.
Die Speisung des ersten Plättchens kann in diesem Fall beispielsweise durch einen koplanaren Wellen leiter erfolgen, dessen Innenleiter bzw. Speiseleitung vorzugsweise mit dem ersten Plättchen in der glei chen Ebene bzw. Schicht der Schaltungsanordnung liegt. Die Speiseleitung bzw. die elektrische Leitung und das erste Plättchen können auf der Ebene der Schaltungsanordnung, auf der sie sich befinden, von einer elektrisch leitfähigen Referenzschicht umgeben und von derselben durch entsprechende Schlitze elektrisch isoliert sein. Die Referenzschicht kann ein elektrisches Referenzpotential übertragen, insbe sondere ein Massepotential. Vorzugsweise weist die Schaltungsanordnung in wenigstens einer tieferen Ebene wenigstens eine weitere elektrisch leitfähige Referenzschicht auf. Die elektrisch leitfähige(n) Refe- renzschichte(n) der tieferen Ebenen können optional mittels Durchkontaktierungen ("VIAs") mit der obe ren Referenzschicht verbunden sein.
Durch die Verwendung eines koplanaren Wellenleiters zur Speisung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens kann eine verbesserte Isolation zu benachbarten Schaltungsteilen und damit eine höhere Pa ckungsdichte erreicht werden. Zudem besteht durch die koplanare Speisung ein höherer Freiheitsgrad beim Design der Schaltung.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, um das erste elektrisch leitfähige Plättchen derart anzuregen, dass sich eine dualpolare Übertragung, insbesondere mit orthogonaler Polarisation, ausbildet.
Bei den meisten Moden eines dielektrischen Wellenleiters, auch in der Grundmode, können unabhängig voneinander gleichzeitig zwei Feldtypen auftreten, die orthogonal zueinander polarisiert sind. Im wichtigs ten Spezialfall eines runden oder quadratischen dielektrischen Wellenleiters können diese Feldtypen ein identisches Verhalten zeigen, somit also auch gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeiten aufweisen. Dies kann sich vorteilhaft dazu nutzen lassen, zwei Datenströme unabhängig voneinander zu übertragen und damit die Datenrate der Wellenleiteranordnung im Idealfall zu verdoppeln. Vorzugsweise kann die Speisung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens durch zwei unabhängige Speiseleitungen bzw. Wellenleiter der Schaltungsanordnung, beispielsweise zwei unabhängige elektri sche Leitungen der Schaltungsanordnung, insbesondere zwei Mikrostreifenleitungen, erfolgen, um einen dualpolaren Wellenleiterübergang bereitzustellen.
In vorteilhafter Weise können zwei zueinander orthogonale Polarisationen der Grundmode mittels dem erfindungsgemäßen Wellenleiterübergang im dielektrischen Wellenleiter unabhängig voneinander ange regt werden, wodurch unterschiedliche Signale übertragen und anschließend durch einen weiteren dual polaren Wellenleiterübergang wieder in zwei unabhängige Wellenleiter bzw. elektrische Leitungen einer weiteren Schaltungsanordnung zurückgewandelt werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, eine erste elektrischen Leitung der elektrischen Schaltungsanord nung orthogonal zu einer zweiten elektrischen Leitung der Schaltungsanordnung zu positionieren, vor zugsweise (aber nicht zwingend) in derselben Ebene bzw. Schicht, um die unterschiedlichen Resonanz moden in dem ersten elektrisch leitfähigen Plättchen anzuregen, die anschließend ebenfalls orthogonal zueinander polarisiert sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zweite elektrisch leitfähige Plätt chen auf einer der Schaltungsanordnung zugewandten Stirnfläche des dielektrischen Wellenleiters be festigt und/oder in dem dielektrischen Wellenleiter eingebettet ist.
Das zweite elektrisch leitfähige Plättchen kann auf oder in dem dielektrischen Wellenleiter beispielsweise durch additive Metallisierung aufgebracht werden. Es kann auch vorgesehen sein, beispielsweise ein 3D- Druckverfahren einzusetzen, um den dielektrischen Wellenleiter und/oder das zweite elektrisch leitfähige Plättchen (und ggf. auch weitere Plättchen) in einem gemeinsamen Herstellungsprozess auszubilden.
Das zweite Plättchen kann beispielsweise auf der Stirnfläche des dielektrischen Wellenleiters aufgeklebt und/oder mechanisch befestigt sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite elektrisch leitfähige Plättchen (oder ggf. auch weitere elektrisch leitfähige Plättchen) in dem dielektrischen Wellenleiter eingebettet und vorzugsweise stoff schlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig in dem dielektrischen Wellenleiter befestigt ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leitfähige Plättchen und das zweite elektrisch leitfähige Plättchen durch eine Substratlage der Schaltungsanord nung voneinander in Richtung der Längsachse des dielektrischen Wellenleiters getrennt sind. Das erste elektrisch leitfähige Plättchen und das zweite elektrisch leitfähige Plättchen können als Teil der Schaltungsanordnung ausgebildet und ggf. in die Schaltungsanordnung eingebettet sein. Dies kann auch für eventuell vorhandene, weitere elektrisch leitfähige Plättchen gelten.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass jedes der elektrisch leitfähigen Plättchen eine beliebige Geo metrie aufweist (rechteckig, rund, etc.). Es kann allerdings vorteilhaft sein, zumindest das zweite elektrisch leitfähige Plättchen an die Geometrie bzw. an den Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters anzupassen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zweite elektrisch leitfähige Plätt chen einen runden Querschnitt aufweist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leitfähi ge Plättchen und/oder ggf. vorhandenen weitere elektrisch leitfähige Plättchen einen runden Querschnitt aufweist bzw. aufweisen.
Sofern der dielektrische Wellenleiter beispielsweise einen runden Querschnitt aufweist, kann vorgesehen sein, das zweite elektrisch leitfähige Plättchen ebenfalls rund auszubilden, wodurch die Positionierung des dielektrischen Wellenleiters auf dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen rotationsinvariant sein kann, was die Montage vereinfacht.
Es kann außerdem vorgesehen sein, die Dimensionen der Querschnittsgeometrie des dielektrischen Wellenleiters, insbesondere den Durchmesser, an die Dimensionen der Querschnittsgeometrie des oder der anregenden Plättchen anzupassen. Insbesondere kann es von Vorteil sein, die Durchmesser des dielektrischen Wellenleiters und des zweiten Plättchens identisch oder ähnlich auszubilden, um eine möglichst effiziente Anregung der gewünschten Grundmode des dielektrischen Wellenleiters zu errei chen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähigen Plättchen durch wenigstens ein Dielektrikum axial voneinander beabstandet sind.
Bei dem Dielektrikum kann es sich beispielsweise um einen festen Körper handeln, der die elektrisch leit fähigen Plättchen voneinander elektrisch isoliert und an dem die Plättchen optional befestigt sind. Bei dem Dielektrikum kann es sich allerdings auch um Luft oder um ein sonstiges Gas handeln.
Um die zur Erreichung einer möglichst breitbandigen Anregung des dielektrischen Wellenleiters erforder liche Distanz zwischen beispielsweise dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen und dem ersten elektrisch leitfähigen Plättchen zu gewährleisten, kann das zweite elektrisch leitfähige Plättchen von dem ersten elektrisch leitfähigen Plättchen (oder weiteren elektrisch leitfähigen Plättchen) beispielsweise auch durch weitere Substratlagen der Schaltungsanordnung voneinander separiert sein.
Um den Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten zu reduzieren sowie die Einkopplung in den dielektrischen Wellenleiter und die erreichbare Frequenzbandbreite weiter zu erhöhen, kann es allerdings vorteilhaft sein, das zweite elektrisch leitfähige Plättchen in den dielektrischen Wellenleiter einzubetten.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähigen Plättchen zueinander planparallel angeordnet sind.
Es kann aber auch eine insbesondere toleranzbedingte Abweichung einer planparallelen Anordnung der elektrisch leitfähigen Plättchen zueinander vorgesehen sein, beispielsweise eine Verkippung der elektrisch leitfähigen Plättchen um bis zu 1 5 Grad, vorzugsweise aber nur um bis zu 10 Grad, besonders bevorzugt nur um bis zu 5 Grad, und ganz besonders bevorzugt nur um bis zu 1 Grad, hinsichtlich einer ideal planparallelen Ausrichtung.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leit fähige Plättchen, das zweite elektrisch leitfähige Plättchen und/oder der dielektrische Wellenleiter im elektromagnetischen Nahfeld der Schaltungsanordnung angeordnet sind, insbesondere weniger als die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle von der Schaltungsanordnung beabstandet sind, vorzugs weise weniger als 50 % der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle von der Schaltungsanordnung beabstandet sind, besonders bevorzugt weniger als 10 % der Wellenlänge der elektromagnetischen Wel le von der Schaltungsanordnung beabstandet sind.
Bevorzugt ist das zweite elektrisch leitfähige Plättchen im Nahfeld des ersten elektrisch leitfähigen Plätt chens angeordnet.
Bevorzugt ist der dielektrische Wellenleiter im Nahfeld des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens an geordnet.
Das erste elektrisch leitfähige Plättchen, das zweite elektrisch leitfähige Plättchen, gegebenenfalls weite re elektrisch leitfähige Plättchen, die elektrische Schaltungsanordnung und/oder der dielektrische Wellen leiter kann bzw. können jeweils nur Bruchteile der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle vonei nander entfernt angeordnet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wellenleiterübergang ein Wellen leiterstück aufweist, vorzugsweise ein Single-Mode-Wellenleiterstück, das sich zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen und dem dielektrischen Wellenleiter in Axialrichtung erstreckt. Vorzugsweise kann das Wellenleiterstück ausgebildet sein, lediglich die Grundmode zu übertragen.
Wenn das Kernmaterial des Wellenleiterstücks beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik und das Man telmaterial aus Luft ausgebildet ist, können die Permittivitätsdifferenzen im Falle von Querschnittsflächen des Wellenleiterstücks, die zumindest annähernd den Querschnittsflächen der anregenden leitfähigen Plättchen entsprechen, zur Ausbildung eines Single-Mode-Wellenleiterstücks führen, welches keine hö heren Moden führen kann.
Unter dem Begriff "höhere Moden" sind vorliegend alle Moden zu verstehen, deren jeweiligen Grenzfre quenzen oberhalb der Grenzfrequenz der Mode liegt, in der die Daten übertragen werden sollen. Vor zugsweise werden die Daten in der Grundmode, gegebenenfalls in unterschiedlichen Polarisationen, übertragen.
Das Wellenleiterstück kann separat oder einteilig mit dem dielektrischen Wellenleiter ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass der Wellenleiterübergang ein Wellen leiterübergangsstück aufweist, das sich zwischen dem Wellenleiterstück und dem dielektrischen Wellen leiter in Axialrichtung (bzw. in Richtung der Längsachse des dielektrischen Wellenleiters) erstreckt.
Das Wellenleiterübergangsstück kann separat oder einteilig mit dem Wellenleiterstück ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung kann ferner vorgesehen sein, dass das Wellenleiterübergangsstück einen kontinu ierlichen oder diskret gestuften Übergang zwischen dem Wellenleiterstück und dem dielektrischen Wel lenleiter ausbildet, insbesondere einen Übergang zwischen verschiedenen Querschnitten und/oder ver schiedenen Permittivitäten des Wellenleiterstücks und des dielektrischen Wellenleiters.
Um die Vorteile einer optimalen Anregung des Single-Mode-Wellenleiterstücks und einer dispersionsmi nimierten Datenübertragung durch einen dielektrischen Multi-Mode-Wellenleiter zu vereinen, kann das Single-Mode-Wellenleiterstück von dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen angeregt und anschlie ßend durch das Wellenleiterübergangsstück in den Multi-Mode-Wellenleiter geführt werden.
Das Wellenleiterübergangsstück kann hierzu vorzugsweise einen kontinuierlichen, beispielsweise linea ren oder exponentiellen Übergang oder einen Übergang gemäß einem monotonen Abschnitt einer Kosi nusfunktion zwischen den Querschnittsgeometrien des Wellenleiterstücks und des dielektrischen Wellen leiters, insbesondere deren Durchmessern, aufweisen.
Ein linearer Übergang, exponentieller Übergang und/oder ein Übergang gemäß einem monotonen Ab schnitt einer Kosinusfunktion eignet sich insbesondere als kontinuierlicher oder abschnittsweise kontinu ierlicher Übergang zwischen unterschiedlichen Geometrien, beispielsweise unterschiedlichen Quer schnittsflächen des Wellenleiterstücks und des dielektrischen Wellenleiters. In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wellenleiterübergang eine Wellen leiterbasis aufweist, die ein erstes Ende zur Befestigung in der Schaltungsanordnung aufweist, wobei das erste Ende einen Querschnitt mit einem ersten Durchmesser aufweist, der größer ist als ein zweiter Durchmesser eines Querschnitts eines zweiten Endes der Wellenleiterbasis, das dem dielektrischen Wel lenleiter zugewandt ist.
Die breite Wellenleiterbasis kann einerseits vorteilhaft zur Befestigung des dielektrischen Wellenleiters auf der Schaltungsanordnung sein und außerdem die Einkopplung in den dielektrischen Wellenleiter ver bessern.
Die Wellenleiterbasis kann zumindest einen axialen Abschnitt aufweisen, in dem sich der Durchmesser der Wellenleiterbasis konusförmig reduziert. Insbesondere kann die Wellenleiterbasis einen an das erste Ende angrenzenden zylinderförmigen Abschnitt mit konstantem Durchmesser und einen darauf folgen den, an das zweite Ende angrenzenden konusförmigen Abschnitt aufweisen.
Zur Befestigung des dielektrischen Wellenleiters auf der Schaltungsanordnung kann vorgesehen sein, den dielektrischen Wellenleiter, das Wellenleiterstück, das Wellenleiterübergangsstück und/oder die Wel lenleiterbasis mit einem Material zu umgeben, auf der Schaltungsanordnung aufzukleben und/oder me chanisch zu befestigen.
Die Befestigung des dielektrischen Wellenleiters auf der Schaltungsanordnung kann beispielsweise mit tels Stützstrukturen erfolgen. Die Wellenleiterbasis kann auch selbst als eine derartige Stützstruktur aus gebildet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der dielektrische Wellenleiter, das Wel lenleiterstück, das Wellenleiterübergangsstück und/oder die Wellenleiterbasis von einem dielektrischen Mantelmaterial umhüllt ist, dessen Permittivität größer ist als die Permittivität von Luft.
Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, kann die Verwendung einer Wellenleiterbasis mit verbreiter ter Kernquerschnittsfläche zu einer verbesserten Einkopplung in den dielektrischen Wellenleiter führen. Aufgrund der vergrößerten Querschnittsfläche kann es allerdings zur Anregung höherer Moden kommen, beispielsweise bei einer nicht idealen Positionierung des dielektrischen Wellenleiters. Diese höheren Moden werden am Übergang zwischen der Wellenleiterbasis und dem dielektrischen Wellenleiter oder dem Wellenleiterstück abgestrahlt und damit die Einkopplungseffizienz in den dielektrischen Wellenleiter verringert.
Um zu gewährleisten, dass trotz einer Vergrößerung der Querschnittsfläche der Wellenleiterbasis, des Wellenleiterstücks, des Wellenleiterübergangsstücks und/oder des dielektrischen Wellenleiters die Aus- breitung unerwünschter Moden verhindert wird, kann vorgesehen sein, das Permittivitätsverhältnis zwi schen dem jeweiligen Kernmaterial und dem jeweiligen Mantelmaterial derart zu wählen, dass der die lektrische Wellenleiter, das Wellenleiterstück, das Wellenleiterübergangsstück und/oder die Wellenleiter basis lediglich eine verringerte Anzahl Moden zu führen vermag, vorzugsweise in der Art eines Single- Mode-Wellenleiters. Dies kann durch eine erhöhte Permittivität des jeweiligen Mantelmaterials in diesem Bereich realisiert werden.
Insbesondere kann ein Mantelmaterial mit höherer Dichte und Permittivität als Luft verwendet werden, wobei der Mantel dann gleichzeitig als Befestigung dienen kann, wodurch sich die mechanische Stabilität des Wellenleiterübergangs verbessern kann.
Das Wellenleiterübergangsstück kann bei dieser Ausgestaltung insbesondere auch einen Übergang zwi schen verschiedenen Permittivitäten des Kernmaterials und/oder des Mantelmaterials bereitstellen. Be vorzugt kann ein (kontinuierlicher oder diskret gestufter) Übergang der Permittivität des Mantelmaterials des Wellenleiterstücks zu der Permittivität des Mantelmaterials des dielektrischen Wellenleiters vorgese hen sein, beispielsweise mittels Compoundierung, Materialdichtemodifikation und/oder Zusammenfügung verschiedener Materialien.
Im Rahmen der Compoundierung (Mischen unterschiedlicher Materialien) können beispielsweise Poly merlegierungen, ein Polyblend oder eine Dotierung des Materials in Frage kommen. Eine Modifikation der Dichte des dielektrischen Wellenleiterstücks kann beispielsweise durch Stauchen, Ausschäumen o- der eine abweichende Kristallisierung erfolgen.
Schließlich können auch mehrere Materialien geometrisch zusammengesetzt bzw. zusammengefügt werden, die jeweils unterschiedliche Permittivitäten aufweisen und schließlich insgesamt den dielektri schen Wellenleiter, das Wellenleiterstück und/oder das Wellenleiterübergangsstück ausbilden. In diesem Fall kann insbesondere ein diskret gestufter Übergang zwischen den Permittivitäten bereitgestellt wer den.
Für den Durchmesser D des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens, des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens oder gegebenenfalls vorhandener weiterer elektrisch leitfähiger Plättchen kann gelten wobei 0 die Freiraumwellenlänge und er die relative Permittivität des Materials zwischen den Plättchen und/oder zwischen dem ersten Plättchen und der Referenzschicht ist. Im Millimeterwellenbereich kann somit der Durchmesser der leitfähigen Plättchen beispielsweise 0,1 mm bis 1 mm, 1 mm bis 5 mm, 5 mm bis 10 mm oder mehr betragen. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser allerdings 1 mm oder kleiner. Das Kernmaterial des dielektrischen Wellenleiters, des Wellenleiterstücks, des Wellenleiterübergangs stücks und/oder der Wellenleiterbasis kann insgesamt oder zumindest in einem erfindungsgemäß rele vanten Abschnitt beispielsweise eine relative Permittivität von 1 ,8 bis 10,0, vorzugsweise 2,0 bis 3,5 auf weisen.
Das Mantelmaterial des dielektrischen Wellenleiters, des Wellenleiterstücks, des Wellenleiterübergangs stücks und/oder der Wellenleiterbasis kann insgesamt oder zumindest in einem erfindungsgemäß rele vanten Abschnitt beispielsweise eine relative Permittivität von 1 ,0 bis 3,0, vorzugsweise 1 ,0 bis 2,0 auf weisen.
Der dielektrische Wellenleiter, das Wellenleiterstück, das Wellenleiterübergangsstück und/oder die Wel lenleiterbasis kann bzw. können beispielsweise im Wesentlichen aus Polyethylen oder Polytetrafluorethy len ausgebildet sein. Der dielektrische Wellenleiter, das Wellenleiterstück, das Wellenleiterübergangs stück und/oder die Wellenleiterbasis kann bzw. können auch im Wesentlichen aus Polystyrol ausgebildet sein, was insbesondere aufgrund dessen guter Verarbeitungseigenschaften von Vorteil sein kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der dielektrische Wellenleiter, das Wel lenleiterstück, das Wellenleiterübergangsstück und/oder die Wellenleiterbasis eine Aussparung aufweist, um zumindest eines der elektrisch leitfähigen Plättchen, insbesondere das zweite elektrisch leitfähige Plättchen, aufzunehmen.
Es kann vorgesehen sein, dass das oder die elektrisch leitfähigen Plättchen in der Ausnehmung bzw. Aussparung stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig befestigt ist bzw. sind.
Die Tiefe der Aussparung kann insbesondere die Distanz bzw. den axialen Abstand der elektromagneti schen verkoppelten Plättchen definieren und damit das elektrische Verhalten des Wellenleiterübergangs bestimmen.
Es kann vorgesehen sein, die Aussparung luftgefüllt zu belassen, wodurch sich elektrische Verluste wei ter minimieren und die Frequenzbandbreite erhöhen lässt. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, die Aussparung nach dem Einfügen des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens (oder eines sonstigen elektrisch leitfähigen Plättchens) mit einem Festkörper zu füllen, beispielsweise auszuschäumen, insbe sondere wenn der Festkörper eine mit Luft vergleichbare Permittivität aufweist.
Die Erfindung betrifft auch einen Wellenleiterübergang für eine vorstehend und nachfolgend beschriebe ne Wellenleiteranordnung zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen einer Schaltungs anordnung und einem dielektrischen Wellenleiter. Der Wellenleiterübergang weist zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Plättchen und ein zweites elektrisch leitfähiges Plättchen auf, die in Richtung der Längsachse des dielektrischen Wellenleiters zueinander versetzt zwischen der Schaltungsanordnung und dem dielektrischen Wellenleiter angeordnet und ausgebildet sind, um die elektromagnetische Welle zu übertragen.
Durch die zumindest zwei miteinander verkoppelten Plättchen können zwei Resonanzfrequenzen entste hen, deren Lage so gewählt werden kann, dass eine möglichst hohe Frequenzbandbreite bei zugleich hoher Einkoppeleffizienz und ausreichend guter Anpassung realisiert wird.
Wie bereits erwähnt, kann auch ein Stapel von mehr als zwei elektrisch leitfähigen Plättchen vorgesehen sein.
Der Wellenleiterübergang bezieht sich insbesondere auf einen Übergang von planaren Mikrowellenschal tungen und Millimeterwellenschaltungen auf dazu senkrecht angeordnete dielektrische Wellenleiter.
Bei der Schaltungsanordnung kann es sich um eine gedruckte Schaltung handeln.
Die Wellenleiteranordnung kann insbesondere auf einem Mikrochip angeordnet sein, wobei der dielektri sche Wellenleiter durch das Chipgehäuse geführt sein kann.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Wellenleiteranordnung gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen zur Datenübertragung mittels elektromagnetischer Wellen.
Die erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung kann vorteilhaft zur Ausbildung von Board-zu-Board- Verbindungen oder Chip-zu-Chip-Verbindungen vorgesehen sein und dadurch insbesondere optische Systeme ersetzen.
Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung ist allerdings nicht ausschließlich bei der Datenübertragung vorteilhaft, sondern kann auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise der (Hoch frequenz-) Messtechnik, genutzt werden.
Die Erfindung ist somit nicht als spezielle und ausschließliche Lösung für dielektrischen Wellenleiter zur Datenübertragung zu verstehen.
Merkmale, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung beschrie ben wurden, sind selbstverständlich auch für den erfindungsgemäßen Wellenleiterübergang oder für die beschriebene Verwendung vorteilhaft umsetzbar - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung genannt wurden, auch auf den erfin dungsgemäßen Wellenleiterübergang bzw. auf die Verwendung bezogen verstanden werden - und um gekehrt. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie "umfassend", "aufweisend" oder "mit" keine ande ren Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie "ein" oder "das", die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Schritten oder Merkmalen aus - und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegen den Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombination und Unter kombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform, unter
Verwendung eines elektrischen Leiters der Schaltungsanordnung zur Anregung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens;
Figur 2 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform, un ter Verwendung eines koplanaren Wellenleiters der Schaltungsanordnung zur Anregung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform mit dualpolarer Wellenleiterübertragung und einem in den dielektrischen Wellenleiter eingebet teten, zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen;
Figur 4 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform mit einem Wellenleiterstück und einem Wellenleiterübergangsstück;
Figur 5 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung gemäß einer fünften Ausführungsform mit einer Wellenleiterbasis; und
Figur 6 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform mit dualpolarer Übertragung, einem koplanaren Wellenleiter der Schaltungsanordnung zur An- regung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens, einem Wellenleiterstück, einem Wellen leiterübergangsstück und einer Wellenleiterbasis.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Wellenleiteranordnung 1 umfasst eine elektrische Schaltungsanordnung 2, einen dielektri schen Wellenleiter 3 sowie einen dazwischenliegenden Wellenleiterübergang 4 zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle 5 zwischen der Schaltungsanordnung 2 und dem dielektrischen Wellenleiter 3.
Bei der Schaltungsanordnung 2 kann es sich beispielsweise um eine elektrische Leiterplatte oder um ei ne integrierte Schaltung handeln. Es kann sich auch um ein System-in-Package, ein Multi-Chip-Modul und/oder um ein Package-on-Package handeln. Die erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung 1 kann vorzugsweise zur Verwendung mit einer Leiterplatte oder für eine Chip-zu-Chip- Kommunikationsverbindung verwendbar sein. In den Ausführungsbeispielen wird die Schaltungsanord nung 2 zur Vereinfachung im Wesentlichen als Leiterplatte beschrieben, dies ist jedoch nicht einschrän kend zu verstehen.
Der beispielhaft dargestellte dielektrische Wellenleiter 3 weist ein Kernmaterial 3.1 mit einer Permittivität auf, die größer ist als die Permittivität des Mantelmaterials 3.2 (vgl. strichlinierte Darstellung in Figur 1 ), das um das Kernmaterial 3.1 herum verläuft. Bei dem Mantelmaterial 3.2 kann es sich beispielsweise auch um Luft handeln. Bei dem Mantelmaterial 3.2 kann es sich allerdings auch um ein Material handeln, das eine höhere Permittivität aufweist als Luft. Auf diese Weise kann der Querschnittsdurchmesser des Kernmaterials 3.1 des dielektrischen Wellenleiters 3 vergrößert werden, ohne dass unerwünschte Moden in dem dielektrischen Wellenleiter 3 ausbreitungsfähig werden. In den nachfolgenden Ausführungsbei spielen ist das Mantelmaterial 3.2 des dielektrischen Wellenleiters 3 zur Vereinfachung nicht weiter dar gestellt.
Vorzugsweise ist die Längsachse A des dielektrischen Wellenleiters 3 orthogonal zu einer dem dielektri schen Wellenleiter 3 zugewandten Oberfläche 6 der Schaltungsanordnung 2 ausgerichtet. Im Rahmen der orthogonalen Ausrichtung können aber auch toleranzbedingte Abweichungen, beispielsweise eine Verkippung um bis zu 15 Grad, vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Wellenleiterübergang 4 weist zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Plättchen 7 und ein zweites elektrisch leitfähiges Plättchen 8 auf, die in verschiedenen axialen Ebenen zwischen der Schaltungsanordnung 2 und dem dielektrischen Wellenleiter 3 angeordnet bzw. in Richtung der Längsachse A des dielektrischen Wellenleiters 3 (d. h. in Axialrichtung) versetzt sind. Grundsätzlich kön nen auch noch weitere elektrisch leitfähige Plättchen vorgesehen sein, diese sind in den Ausführungs beispielen zur Vereinfachung allerdings nicht dargestellt. Vorzugsweise ist eine in den Ausführungsbeispielen dargestellte Ausgestaltung vorgesehen, wonach das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 und die Schaltungsanordnung 2 ausgebildet und derart zueinander angeordnet sind, dass das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 unmittelbar von der Schaltungsanord nung 2 elektromagnetisch angeregt wird, um die elektromagnetische Welle 5 zu übertragen. Hierzu kann die Schaltungsanordnung 2 zur Anregung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens 7 wenigstens eine elektrische Leitung 9 aufweisen, wie beispielsweise im Ausführungsbeispiel der Figur 1 gezeigt.
Das in dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 gezeigte erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 ist rechteckig, vorzugsweise quadratisch, ausgebildet. Das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 ist mit einer als Mikro streifenleitung ausgebildeten elektrischen Leitung 9 leitfähig verbunden, welche sich zusammen mit dem ersten elektrisch leitfähigen Plättchen 7 in der obersten Ebene bzw. Schicht der als Leiterplatte ausgebil deten Schaltungsanordnung 2 befindet. Auf der Unterseite der Leiterplatte bzw. Schaltungsanordnung 2 ist eine elektrisch leitfähige Grundfläche 10 als Referenzleiter vorgesehen, der von den Strukturen der obersten Schicht der Leiterplatte durch ein nicht leitfähiges, hochfrequenztaugliches dielektrisches Sub strat 1 1 getrennt ist.
Zur Anregung des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens 7 ist es grundsätzlich nicht unbedingt erforder lich, dass die Mikrostreifenleitung bzw. die elektrische Leitung 9 leitfähig mit dem ersten Plättchen 7 ver bunden ist. Auch eine (nicht dargestellte) elektromagnetische Feldkopplung durch beispielsweise eine in einer tieferen Ebene der Leiterplatte bzw. der Schaltungsanordnung 2 gelegene elektrischen Leitung bzw. Streifenleitung, kann vorgesehen sein.
Ferner muss die als elektrische (Masse-)Referenz dienende Grundfläche 10 nicht unbedingt auf der Un terseite der Schaltungsanordnung 2 bzw. der Leiterplatte angeordnet sein, sondern kann beispielsweise auch in einer mittleren Ebene bzw. Schicht angeordnet sein. Die Grundfläche 10 oder eine sonstige elektrische Referenz kann auch von der Leiterplatte bzw. von der Schaltungsanordnung 2 beabstandet angeordnet sein, beispielsweise als Gehäusekomponente ausgebildet sein, wobei zwischen der Schal tungsanordnung und der Gehäusekomponente Luft oder vorzugsweise ein festes Material vorgesehen sein kann.
Das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7, das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 und/oder der die lektrische Wellenleiter 3 kann bzw. können im elektromagnetischen Nahfeld der Schaltungsanordnung 2 angeordnet sein, insbesondere weniger als die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle 5 von der Schaltungsanordnung 2 (und/oder voneinander) beabstandet sein, vorzugsweise weniger als 50 % der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle 5 von der Schaltungsanordnung 2 (und/oder voneinander) beabstandet sein, besonders bevorzugt weniger als 10 % Wellenlänge der elektromagnetischen Welle 5 von der Schaltungsanordnung 2 (und/oder voneinander) beabstandet sein. Beispielsweise kann sich der dielektrische Wellenleiter 3 direkt auf der ihm zugwandten Oberfläche des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens 8 oder in einer geringen Distanz darüber befinden, so dass sich das dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen 8 zugewandte Ende des dielektrischen Wellenleiters 3 im Nahfeld des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens 8 befindet. Ferner kann das erste elektrisch leit fähige Plättchen 7 direkt auf der Schaltungsanordnung 2 oder in einem geringen Abstand beabstandet sein. Schließlich können auch die verwendeten elektrisch leitfähigen Plättchen 7, 8 innerhalb deren Nah feld zueinander positioniert sein, beispielsweise durch wenigstens ein Dielektrikum (nicht dargestellt) axi al voneinander beabstandet sein.
Die Einkoppeleffizienz als auch die Art der angeregten Moden innerhalb des dielektrischen Wellenleiters 3 kann von der Positionierung, Ausrichtung und/oder Querschnittsfläche des Kernmaterials 3.1 des die lektrischen Wellenleiters 3, als auch von den Permittivitäten des Kernmaterials 3.1 und des Mantelmate rials 3.2 sowie von der Resonanz der elektrisch leitfähigen Plättchen 7, 8 abhängen.
Das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 ist axial oberhalb des direkt gespeisten, ersten elektrisch leit fähigen Plättchens 7 angeordnet. Beide Plättchen vermögen elektromagnetisch miteinander zu verkop peln, wobei die Distanz zwischen beiden Plättchen 7, 8 sowie deren Geometrie entscheidend für die Fre quenzbandbreite sowie die eigentliche Frequenzlage sein können.
In den Ausführungsbeispielen ist das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 rund ausgebildet, was ins besondere von Vorteil sein kann, um den ebenfalls runden dielektrischen Wellenleiter 3 rotationsinvariant auf dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen 8 oder an dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen 8 zu positionieren, was die Montage vereinfachen kann.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung 1 darge stellt, bei dem das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 auf einer der Schaltungsanordnung 2 zuge wandten Stirnfläche des dielektrischen Wellenleiters 3 befestigt und im Nahfeld des ersten elektrisch leit fähigen Plättchens 7 angeordnet ist.
Im Gegensatz zu dem elektrisch leitfähigen Plättchen 7 der Figur 1 wird das elektrisch leitfähige Plätt chen 7 der Figur 2 durch einen koplanaren Wellenleiter der Schaltungsanordnung 2 gespeist. Der koplanare Wellenleiter ist in der Art eines GCPW ("Grounded Coplanar Waveguide") ausgebildet. Hierzu weist die Schaltungsanordnung 2 in der obersten Schicht eine Referenzschicht 12 und optional in der un tersten Schicht eine elektrisch leitfähige Grundfläche 10 auf. Die Referenzschicht 12 und die Grundfläche 10 sind durch leitfähige Durchkontaktierung ("VIAs") 13 miteinander verbunden. Das erste elektrisch leit fähige Plättchen 7 wird durch einen Schlitz 14 gegenüber der Referenzschicht 12 isoliert. Auf diese Wei se bilden die Kanten des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens 7 weiterhin offene Enden gegenüber der Referenzschicht 12 und der Grundfläche 10 und bilden damit einen Resonator. Grundsätzlich ist es auch im Falle des koplanaren Wellenleiters nicht unbedingt erforderlich, dass die die elektrische Leitung 9 elektrisch leitfähig mit dem ersten Plättchen 7 und/oder mit dem ersten Plättchen 7 in derselben Ebene bzw. Schicht angeordnet ist.
Ferner kann die Referenzschicht 12 verkleinert und die Anzahl Durchkontaktierungen 13 verringert sein.
In Figur 3 ist eine weitere Wellenleiteranordnung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt, die zwei weitere Aspekte der Erfindung beispielhaft miteinander kombiniert.
Der in Figur 3 dargestellte dielektrische Wellenleiter 3 weist eine Aussparung 15 auf, in der das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 aufgenommen ist. Durch die Tiefe der Aussparung 15 kann die Distanz der elektromagnetisch verkoppelten Plättchen 7, 8 definiert und damit das elektrische Verhalten des Wel lenleiterübergangs 4 bestimmt werden. Die Aussparung ist vorzugsweise luftgefüllt, kann allerdings auch mit einem Schaum oder sonstigen Material vollständig oder teilweise gefüllt sein. Die Verluste der Wel lenleiteranordnung 1 lassen sich allerdings in der Regel weiter minimieren und die Frequenzbandbreite maximieren, wenn die Aussparung 15 luftgefüllt bleibt. Die Aussparung 15 kann (wie dargestellt) konisch oder alternativ auch zylinderförmig verlaufen.
Eine Möglichkeit zum Anbringen einer leitfähigen Fläche zur Ausbildung beispielsweise des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens 8 auf einer Innenfläche der Aussparung 15 kann beispielsweise die La serdirektstrukturierung (LDS) sein.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die Schaltungsanordnung 2 ferner ausgebildet, um das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 derart anzuregen, dass sich eine dualpolare Übertragung mit orthogona ler Polarisation ausbildet. Das das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 anregende, erste elektrische leitfähige Plättchen 7 der Schaltungsanordnung 2 wird hierbei durch die (erste) Mikrostreifenleitung bzw. elektrische Leitung 9 und außerdem durch eine orthogonal zu der ersten elektrischen Leitung 9 positio nierte, zweite Mikrostreifenleitung bzw. zweite elektrische Leitung 16 gespeist. Dementsprechend können zwei unterschiedliche Resonanzmoden in dem ersten Plättchen 7 angeregt werden, welche orthogonal zueinander polarisiert sind. Diese vermögen schließlich über das zweite elektrische leitfähige Plättchen 8 den vorzugsweise im Zentrum positionierten, möglichst senkrecht stehenden dielektrischen Wellenleiter 3 mit zwei zueinander orthogonalen und somit voneinander unabhängigen Polarisationen der Grundmode anzuregen, die dann über den dielektrischen Wellenleiter 3 unabhängig voneinander geführt werden.
Auch bei dieser Variante ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Speiseleitungen bzw. die elektri schen Leitungen 9, 16 elektrisch leitfähig mit dem ersten elektrisch leitfähigen Plättchen 7 verbunden sind. Die elektrischen Leitungen 9, 16 können beispielsweise auch in einer tieferen Ebene der Leiterplat te bzw. Schaltungsanordnung 2 angeordnet sein und das erste elektrische Plättchen 7 mittels elektro magnetischer Feldkopplung speisen. Ferner muss das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 nicht unbedingt rechteckig oder quadratisch aus gebildet sein, sondern kann auch rund oder elliptisch ausgebildet werden. Im Falle einer dualpolaren An regung ist das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 allerdings vorzugsweise quadratisch oder kreisrund ausgebildet.
Außerdem ist es auch nicht erforderlich, dass die Mikrostreifenleitungen bzw. die elektrischen Leitungen 9, 16 wie dargestellt mittig auf das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 zulaufen. Die Speiseleitungen 9, 16 können jeweils auch einen seitlich Versatz aufweisen. Ein seitlicher Versatz wenigstens einer der elektrischen Leitungen 9, 16 kann beispielsweise die Isolation gegenüber der unterschiedlichen Moden im dielektrischen Wellenleiter 3 oder die Isolation gegenüber der Moden beider elektrischer Leitungen 9, 16 verbessern.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aspekt der Erfindung betreffend eine Aussparung 15 zur Aufnahme des beispielsweise zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens 8 und der Aspekte der dualpolaren Wellen leiterübertragung selbstverständlich auch unabhängig voneinander realisierbar und im Ausführungsbei spiel der Figur 3 nur beispielhaft in Kombination dargestellt sind. Dies gilt, wie eingangs bereits erwähnt, grundsätzlich für alle in den Ausführungsbeispielen dargestellten und beschriebenen Weiterbildungen und Merkmale der Erfindung.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Wellenleiterübergang 4 weist ein Wellenleiterstück 17 auf, vorzugsweise ein Single-Mode-Wellenleiterstück, das sich zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Plättchen 7 und dem dielektrischen Wellenleiter 3 in Axialrichtung ent lang der verlängerten Längsachse A des dielektrischen Wellenleiters 3 erstreckt.
In das Wellenleiterstück 17 ist das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 vorzugsweise eingebettet; hier für kann beispielsweise eine Aussparung 15 vorgesehen sein, wie in Figur 3 hinsichtlich des dielektri schen Wellenleiters 3 bereits beschrieben. Das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 muss in das Wel lenleiterstück 17 allerdings nicht unbedingt eingebettet sein sondern kann auch lediglich auf einer Stirn fläche des Wellenleiterstücks 17 aufgesetzt oder von dem Wellenleiterstück in Axialrichtung weiter beab- standet sein.
Ferner weist der Wellenleiterübergang 4 ein Wellenleiterübergangsstück 18 auf, das sich zwischen dem Wellenleiterstück 17 und dem dielektrischen Wellenleiter 3 in Axialrichtung entlang der Längsachse A des dielektrischen Wellenleiters 3 erstreckt. Das Wellenleiterübergangsstück 18 bildet einen kontinuierli chen Übergang zwischen dem Wellenleiterstück 17 und dem dielektrischen Wellenleiter 3 aus, um die unterschiedlichen Querschnitte aneinander anzugleichen. Um eine möglichst effiziente Anregung der gewünschten Grundmode des dielektrischen Wellenleiters 3 zu erreichen, kann es grundsätzlich von Vorteil sein, die Dimensionen des dielektrischen Wellenleiters 3 an die Dimensionen des anregenden Plättchens anzupassen, d. h. insbesondere die Größe bzw. den Durchmesser des zweiten elektrisch leitfähigen Plättchens 8 und den Durchmesser des dielektrischen Wellenleiters 3 möglichst ähnlich zu wählen. Insbesondere wenn dies nicht ohne Weiteres möglich ist, kann das Wellenleiterübergangsstück 18 zur Angleichung dienen.
Um die ungewollte Anregung höherer Moden im Wellenleiterübergang 4 zu vermeiden (beispielsweise auch bei einer nicht idealen Positionierung des dielektrischen Wellenleiters 3) kann ein als Single-Mode- Wellenleiterstück ausgebildetes Wellenleiterstück 1 7 zusammen mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen 8 oberhalb des ersten elektrisch leitfähigen Plättchens 7 angebracht und anschließend durch das Wellenleiterübergangsstück 18 in einen als Multi-Mode-Wellenleiter ausgebildeten dielektrischen Wellenleiter 3 überführt werden.
Das Wellenleiterübergangsstück 18 muss die Geometrie des Wellenleiterstücks 17 und des dielektri schen Wellenleiters 3 allerdings nicht notwendigerweise, wie in Figur 4 gezeigt, kontinuierlich (z. B. kosi nusförmig, linear oder exponentiell) ineinander überführen, sondern kann auch einen diskret gestuften Übergang mit einer beliebigen Anzahl an Stufen ausbilden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Wellenleiterübergangsstück 18 einen kontinuierlichen oder dis kret gestuften Übergang zwischen verschiedenen Permittivitäten des Wellenleiterstücks 17 und des die lektrischen Wellenleiters 3, insbesondere hinsichtlich deren Kernmaterialien und/oder Mantelmaterialien, ausbildet.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem der Wellenleiterübergang 4 eine Wellenleiterbasis 1 9 aufweist, die ein erstes Ende 19.1 zur Befestigung an der Schaltungsanordnung 2 aufweist, wobei das erste Ende 19.1 einen Querschnitt mit einem ersten Durchmesser aufweist, der grö ßer ist als ein zweiter Durchmesser eines Querschnitts eines zweiten Endes 19.2 der Wellenleiterbasis 19, das dem dielektrischen Wellenleiter 3 zugewandt ist.
Die Wellenleiterbasis 19 kann einen ringförmigen Querschnitt (insbesondere einen runden ringförmigen Querschnitt) oder einen Querschnitt mit mehreren Ringsegmenten 20, wie in Figur 5 dargestellt, aufwei sen. Beispielsweise kann die verbreitete Basis zur verbesserten Befestigung des dielektrischen Wellen leiters 3 auf der Schaltungsanordnung 2 dienen und in der Art von Stützen ausgebildet sein.
Innerhalb der Wellenleiterbasis 19 kann das zweite elektrisch leitfähige Plättchen 8 aufgenommen sein. Vorzugsweise ist die Wellenleiterbasis 19 hohl ausgebildet oder weist eine Aussparung 15 auf, wie in Fi gur 6 dargestellt. Grundsätzlich kann eine Verbreiterung der Querschnittsfläche des dielektrischen Wellenleiters 3 durch die Wellenleiterbasis 19 in dem Wellenleiterübergang 4 bei korrekter Dimensionierung eine verbesserte Einkopplung in den dielektrischen Wellenleiter 3 ermöglichen. Zusätzlich kann eine Verbreitung der Querschnittsfläche durch die Wellenleiterbasis 19 auch zur definierten Positionierung des dielektrischen Wellenleiters 3 genutzt werden.
Wie bereits erwähnt, können die dargestellten Weiterbildungen und Varianten der Erfindung beliebig mit einander kombiniert werden. Eine rein beispielhaft zu verstehende Kombination ist in Figur 6 dargestellt.
Zur verbesserten Einkopplung und Befestigung weist der Wellenleiterübergang 4 gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel der Figur 6 eine Wellenleiterbasis 19 mit dem darin aufgenommenen, zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen 8 auf. Zwischen der Wellenleiterbasis 19 und dem dielektrischen Wellenleiter 3 sind das Wellenleiterstück 17 und das Wellenleiterübergangsstück 18 angeordnet. An dieser Stelle sei er wähnt, dass der dielektrische Wellenleiter 3, das Wellenleiterstück 17, das Wellenleiterübergangsstück 18 und/oder die Wellenleiterbasis 19 auch einteilig ausgebildet sein können. Im Ausführungsbeispiel sind diese allerdings mehrteilig ausgebildet.
Das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 wird durch zwei identische koplanare Wellenleiter angeregt, wie im Rahmen der Figur 2 beschrieben, womit eine dualpolare Verwendung möglich wird und eine pa rasitäre Abstrahlung gegenüber einer Anregung durch einfache Mikrostreifenleitungen bzw. elektrische Leitungen 9, 16 reduziert sein kann. Beispielhaft ist das erste elektrisch leitfähige Plättchen 7 in den Fi guren 5 und 6 rund ausgebildet. Hierdurch kann die Montage der Wellenleiteranordnung 1 vereinfacht bzw. eine fehlerhafte Ausrichtungen vermieden werden.
Durch die erhöhte Basisfläche innerhalb der Wellenleiterbasis 19 kann sich die Transmission in den die lektrischen Wellenleiter 3 verbessern. Die in der Wellenleiterbasis 19 in Richtung auf das Wellenleiter stück 17 zulaufende Verkleinerung des Durchmessers kann die Transmission weiter verbessern und die Führung ungewünschter Moden des dielektrischen Wellenleiters 3 vermeiden, die stattdessen an der ko nischen Verkleinerung abgestrahlt werden.
Schließlich kann das kontinuierliche Verbreitern der Querschnittsfläche des Kernmaterials durch das Wellenleiterübergangsstück 18 die Anregung eines Multi-Mode-Wellenleiters 3 unter Vermeidung der An regung höherer Moden ermöglichen.
Zur Befestigung des dielektrischen Wellenleiters 3 und/oder des Wellenleiterübergangs 4 an der Schal tungsanordnung 2 kann vorgesehen sein, den Wellenleiterübergang 4 und/oder den dielektrischen Wel lenleiter 3 auf der Schaltungsanordnung 2 zu verkleben, mechanisch zu befestigen und/oder einzu schäumen. Ein Einschäumen kann vorzugsweise mittels eines Materials erfolgen, das eine Permittivität aufweist, die ungefähr der Permittivität von der Luft entspricht. Für ein Einschäumen kann sich beispiels- weise Polystyrolschaum eignen, u. a. bekannt unter der Marke "Styrodur" der BASF-Gruppe oder "ROFIACELL" von Evonik. Selbstverständlich kann sich auch ein vergleichbares Material eignen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wellenleiteranordnung (1), umfassend eine elektrische Schaltungsanordnung (2), einen dielektri schen Wellenleiter (3) mit einer Längsachse (A) sowie einen dazwischenliegenden Wellen leiterübergang (4) zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle (5) zwischen der Schaltungs anordnung (2) und dem dielektrischen Wellenleiter (3), aufweisend zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Plättchen (7) und ein zweites elektrisch leitfähiges Plättchen (8), die in Richtung der Längsachse (A) des dielektrischen Wellenleiters (3) zueinander versetzt zwischen der Schaltungs anordnung (2) und dem dielektrischen Wellenleiter (3) angeordnet sind, wobei das erste elektrisch leitfähige Plättchen (7) als leitfähiger metallisierter Bereich der Schaltungsanordnung (2) ausgebil det ist, wobei die Schaltungsanordnung (2) zur Anregung des ersten elektrisch leitfähigen Plätt chens (7) wenigsten eine elektrische Leitung (9, 16) aufweist, um die elektromagnetische Welle (5) zu übertragen.
2. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltungsanordnung (2) als elektrische Leiterplatte, integrierte Schaltung, System-in- Package, Multi-Chip-Modul und/oder Package-on-Package ausgebildet ist.
3. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Längsachse (A) des dielektrischen Wellenleiters (3) orthogonal zu einer dem Wellenleiter (3) zugewandten Oberfläche (6) der Schaltungsanordnung (2) ausgerichtet ist.
4. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das erste elektrisch leitfähige Plättchen (7) und die Schaltungsanordnung (2) ausgebildet und der art zueinander angeordnet sind, dass das erste elektrisch leitfähige Plättchen (7) unmittelbar von der Schaltungsanordnung (2) elektromagnetisch angeregt wird, um die elektromagnetische Welle (5) zu übertragen.
5. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine elektrische Leitung (9, 16) als Mikrostreifenleitung und/oder koplanarer Wel lenleiter ausgebildet ist.
6. Wellenleiteranordnung (1 ) nach Anspruch 4 oder 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltungsanordnung (2) ausgebildet ist, um das erste elektrisch leitfähige Plättchen (7) derart anzuregen, dass sich eine dualpolare Übertragung, insbesondere mit orthogonaler Polarisation, ausbildet.
7. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das zweite elektrisch leitfähige Plättchen (8) auf einer der Schaltungsanordnung (2) zugewandten Stirnfläche des dielektrischen Wellenleiters (3) befestigt und/oder in dem dielektrischen Wellenlei ter (3) eingebettet ist.
8. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die elektrisch leitfähigen Plättchen (7, 8) durch wenigstens ein Dielektrikum axial voneinander be- abstandet sind.
9. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das zweite elektrisch leitfähige Plättchen (8) einen runden Querschnitt aufweist.
10. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die elektrisch leitfähigen Plättchen (7, 8) zueinander planparallel angeordnet sind.
11. Wellenleiteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das erste elektrisch leitfähige Plättchen (7), das zweite elektrisch leitfähige Plättchen (8) und/oder der dielektrische Wellenleiter (3) im elektromagnetischen Nahfeld der Schaltungsanordnung (2) angeordnet sind, insbesondere weniger als die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle (5) von der Schaltungsanordnung (2) beabstandet sind, vorzugsweise weniger als 50 % der Wellen länge der elektromagnetischen Welle (5) von der Schaltungsanordnung (2) beabstandet sind, be sonders bevorzugt weniger als 10 % der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle (5) von der Schaltungsanordnung (2) beabstandet sind.
12. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Wellenleiterübergang (4) ein Wellenleiterstück (17) aufweist, vorzugsweise ein Single-Mode- Wellenleiterstück, das sich zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen Plättchen (8) und dem die lektrischen Wellenleiter (3) in Richtung der Längsachse (A) des dielektrischen Wellenleiters (3) er streckt.
13. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Wellenleiterübergang (4) ein Wellenleiterübergangsstück (18) aufweist, das sich zwischen dem Wellenleiterstück (17) und dem dielektrischen Wellenleiter (3) in Richtung der Längsachse (A) des dielektrischen Wellenleiters (3) erstreckt.
14. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Wellenleiterübergangsstück (18) einen kontinuierlichen oder diskret gestuften Übergang zwi schen dem Wellenleiterstück (17) und dem dielektrischen Wellenleiter (3) ausbildet, insbesondere einen Übergang zwischen verschiedenen Querschnitten und/oder verschiedenen Permittivitäten des Wellenleiterstücks (17) und des dielektrischen Wellenleiters (3).
15. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Wellenleiterübergang (4) eine Wellenleiterbasis (19) aufweist, die ein erstes Ende (19.1) zur Befestigung an der Schaltungsanordnung (2) aufweist, wobei das erste Ende (19.1) einen Quer schnitt mit einem ersten Durchmesser aufweist, der größer ist als ein zweiter Durchmesser eines Querschnitts eines zweiten Endes (19.2) der Wellenleiterbasis (19), das dem dielektrischen Wel lenleiter (3) zugewandt ist.
16. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der dielektrische Wellenleiter (3), das Wellenleiterstück (17), das Wellenleiterübergangsstück (18) und/oder die Wellenleiterbasis (19) von einem dielektrischen Mantelmaterial (3.2) umhüllt ist, des sen Permittivität größer ist als die Permittivität von Luft.
17. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der dielektrische Wellenleiter (3), das Wellenleiterstück (17), das Wellenleiterübergangsstück (18) und/oder die Wellenleiterbasis (19) eine Aussparung (15) aufweist, um zumindest eines der elektrisch leitfähigen Plättchen (7, 8) aufzunehmen.
18. Wellenleiterübergang (4) zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle (5) zwischen einer Schaltungsanordnung (2) und einem dielektrischen Wellenleiter (3), aufweisend zumindest ein ers tes elektrisch leitfähiges Plättchen (7) und ein zweites elektrisch leitfähiges Plättchen (8), die in Richtung einer Längsachse (A) des dielektrischen Wellenleiters (3) zueinander versetzt zwischen der Schaltungsanordnung (2) und dem dielektrischen Wellenleiter (3) angeordnet und ausgebildet sind, um die elektromagnetische Welle (5) zu übertragen.
19. Verwendung einer Wellenleiteranordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 7 zur Daten- Übertragung mittels elektromagnetischer Wellen (5).
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